壳聚糖基复合材料在水处理中的应用研究进展

基 金 项 目 ： 家 自然科 学基 金 资 助 项 目（ １ ６ ０ ３ ， 肃 省 自然 科 学基 金 资 助 项 目 （ Ｓ ２ 一 ５０ ８Ｃ，Ｚ －６一 ２—２ ，Ｚ －４一 国 ５０ ３ ０ ） 甘 Ｚ ０ １Ａ２—２ 一 ３ Ｓ０ ２Ｂ ５０ ７ ３ Ｓ０ ２
Ｂ２ — ０ ０ ０ ＤＪ Ａ０ １ ５０ ８， ８ ９ Ｚ １ ）
常人 们将 其改 性 、 联制 成如微 球 、 交 多孔小 珠 等树脂 产 品， 但是 在乳 化交 联过程 中 ， 联剂 的用量 直 接影 响着 交 微 球 的机 械性 能和 饱 和 吸 附量 ， 两者 难 以兼 顾 ， 此 ， 因
壳 聚糖树 脂微 球 的性能仍 不够 理想 。
近 年来 ， 随着 聚 合 物／ 机 杂 化材 料 研 究 的发 展 ， 无 壳 聚糖／ 无机 物复 合材 料 的制 备 和 性 能 的研 究 进 展 很
性 、 生性 和 抗 菌 性 ， 此 ， 泛 应 用 于 生 物 医 学 、 再 因 广 药
王 丽等 口 ’ 采 用 壳 聚 糖 和 蒙 脱 土 合 成 了纳 米 复 。］ ｎ
合 材料 ， 并考 察 了该 复合 材 料对 阴离 子 染 料 刚果 红 的 吸 附性 能 。结 果 表 明 ， 聚 糖 含 量 、 应 温 度 、 液 壳 反 溶
糖 ， 甲壳素经 脱 乙 酰作 用 的 产 物 。壳 聚糖 分 子 链 上 是 存 在大量 的氨基 和羟基 ， 具有 很高 的反应 活性 ， 同时还
具 有 良好 的生 物 相 容 性 、 毒性 和 生 物 可 降 解 性 ， 无 此
同从 数 十万 到数百 万不 等 。壳 聚糖 分 子链上 分 布着 大量 羟基 、 乙 酰 氨基 和 氨基 ， 成 各 种 分 子 内和 分 Ｎ一 形 子 间 的氢键 ， 不仅 是配 位作用 和反 应 的位 点 ， 同时 也形 成 了壳 聚糖大 分子 的二 级结构 嘲 。壳 聚糖 的结 构式 如
粘土是 硅 酸盐矿 物 在 地 球表 面 风 化 后形 成 的 ， 颗
粒细 小 ， 常在胶 体尺 寸 范 围 内 ， 晶体 或 非 晶体 ， 多 呈 大
数为 片状 ， 少数 为管状 、 棒状 。粘土一 般具 有特殊 的层 状硅 酸 盐 结 构 ， 间 带 有 可 交 换 阳 离 子 Ｋ Ｎａ 层 、 、
物 高分 子化合 物 ， 聚糖 还 具 有优 良的生 物 相容 性 和 壳
生 物可 降解性 。
评 价壳 聚糖性 能 的两项 重要 指标是 脱 乙酰度 和平 均分 子 量 ， 般而 言 ， 乙酰 度越 高 、 均分 子量越 小 ， 一 脱 平
隔连接而 成 的链 状 聚合 物 ， 子 量 根 据脱 乙 酰度 的不 分
２ ２ 螯 合 作 用 ．
壳 聚糖 进行 插层 时 ， 脱 土 的层 间距 由 １ ２ ｍ 扩 大 蒙 ． ５ｎ
至 １ ５ｎ ． ｍ左 右 ； 分子 量 小 的壳 聚糖 进 行 插 层 时 ， 用 蒙
脱土 的层 间距扩 大至 １ ５ １ ９ｎ ． ～ ． ｍ。可能 存 在两 种 插
层机 理 ： 是弱 电场 引力 引起 的快 速插 层过 程 ， 是 浓 一 二
最 大吸 附量达 １ ０ ４ｍｇ・ ＿ ； 聚糖经 交 联处 理 后 ， ６ ． ｇ 。壳
２ ３ 抑 菌 作 用 ．
结 晶能 力下 降 ， 热稳 定性 有所 降低 。 汤 义兰等［ 累 托 石 改性 后 与 壳 聚 糖 进 行 复 合 １将 。 制 备絮 凝剂用 于石 化废 水 处 理 ， 对 其 絮 凝 机理 进 行 并
３ 壳 聚 糖 基 复 合 材 料在 水 处 理 中的应 用
３ １ 与 粘 土 复 合 ．
壳聚糖 与 累托石 的质量 比为 ０ ０ １时 ， ． ６： 吸附率 最高 ； ｐ 值为 ６ Ｈ ～８时 ， ５ｇ・Ｌ 的吸 附剂 吸 附 ３ ｎ 用 ０ｍｉ ，
Ｎｉ 的 吸附率达 到 ９ 以上 ， 理后 的水 达到 国家排 抖 ９ 处
壳聚糖 分子链 上 存在 大量 的氨基 、 羟基 和 Ｎ一 乙酰
氨基 ， 使其 可 借 助 氢 键 、 键 形 成 网状 结 构 的笼 形 分 盐
子 ， 而 吸附各 种无 机 金 属 离 子 和有 机 化 合 物 。壳 聚 从
糖对 不 同物质 的吸 附有所 差异 ， ］ 一般 分为化 学 吸 附 、 物 理吸 附和离 子交 换 吸 附 。化 学 吸 附是 单 层 吸 附 ， 有 选 择性 ； 物理 吸附是 多 层 吸 附 ， 过静 电引 力 、 水 作 通 疏 再 、 力 范德 华力 等 吸附 ； 离子交 换 吸附是 与某些 离子进 离子交 换反 应 ， 等摩 尔交 换吸 附 。此 外 ， 聚糖 中 属 壳 的游 离氨 基 能与质 子 结合 形 成 阳离 子 高聚 物 ， 有 阳 具 离 子型 聚电解 质性 质 ， 可作为 一种 优 良的絮凝 剂 。
度差 引起 的扩散 插层 。然 后采用 反相 悬浮 法制 备 了具
有交 联结 构 的壳 聚糖 ／ 脱土杂 化微 球 ， 究 了杂化 微 蒙 研
球对 Ｃ 抖 的吸附性 能 。结果表 明 ， ｕ 蒙脱土 以插层 型 分
散 于杂化 微球 中 ， 其层 间距 为 １ ５ ． ｍ； ． ～１ ７ｎ 甲醛 用 量
了研究 。结果 表 明 ， 当改 性 累托 石 的质 量 分 数 为 ３ 时， 复配 絮凝 剂对 Ｃ ＯＤ 的去 除率 达 到 ９ 以上 ， ０ 处理
壳 聚糖剐 兰氏 阴性菌 和真菌 能产 生 明显 的抑制 作 用 。对水传 染病 原 体 具有 杀 灭 功 能 ， 别是 对 革 兰 特 氏阴性 菌效 果 佳 ， 壳 聚糖 的脱 乙酰 度 和浓度 越大 ， 且
图 １ 壳 聚 糖 的结 构 式
Ｆｉ ． Ｔｈｅｓｒ ｃ ｕ ａ ｏ ｍ ｕ ａ ｏ ｈｉｏ ａ ｇ１ ｔ ｕ ｔ ｒ ｌｆ ｒ ｌ ｆｃ ｔ ｓ ｎ
壳 聚糖分 子链 上 丰 富 的羟 基 和 氨 基基 团 ， 其 具 使 有许 多独 特 的化学 和物 理 性 质 。例 如 ， 聚糖 上 的氨 壳 基使 其 呈一定 的碱 性 ， 以从 溶 液 中结合 氢 离子 ， 可 从而 使壳 聚糖 成为 带正 电荷 的 聚 电解 质 而 溶 于酸 ； 聚糖 壳
＠ １３ ｃｒ。 ６ ．ｏ ｎ
冯辉霞等 ｉ 壳聚 糖 基 复合 材 料 在 水 处 理 中的 应 用 研 究 进 展 ／ ０ ２年 ■ ４期 ２１
壳 聚糖 的溶 解性 就越 好 ］ 。壳 聚糖 独 特 的 结构 和性
质 ， 其具 有 良好 的 粘 合性 、 使 生物 可 降 解性 、 物相 容 生
快 。无 机物 与壳聚 糖 的 复合 ， 一方 面 改 善 了壳 聚糖 材 料 的机械 性 能 ， 一方 面又赋 予壳 聚糖新 的功 能 ， 于 另 对 提 高壳 聚糖 的应用 价值意 义重 大口 。作者在 此对 壳 聚 ］ 糖 基复合 材料 在水 处理 方面 的应用 研究 进展 进行 了综
图 １所 示 。
外， 壳聚 糖还 是天然 的高 分子 絮凝剂 ， 为吸 附剂 和絮 作
凝 剂在水 处理 领域 具有很 好 的应用 前景 。
鉴 于壳 聚糖在 酸性溶 液 中易溶 解 、 降慢 、 沉 稳定 性 差， 片状 和粉 状 的壳 聚糖 使 其 再 生 、 存 很 不 方 便 ， 贮 通
收 稿 日期 ： ０ ２ １ ２ ２ １ 一Ｏ —１
ຫໍສະໝຸດ Baidu
作者简介 ： 冯辉 霞 （９ ６ ） 女 ， 肃 临 夏 人 ， 士 ， 授 ， 士 生 导 师 ， 事 化 学 功 能 材 料 与 绿 色化 学 方 面 的研 究 ， － ｉ ｆｎ ｈ ６ １６一 ， 甘 博 教 博 从 Ｅ ｍａ ：ｅｇ ｘ ６ ｌ
亿 亏 与 物 Ｚ 程 ２１，ｏ２ Ｎ． ０２ＶＩ９ ｏ４ ．
Ｃｈ ｍ ｉｔｙ ＆ Ｂｉｅ ｇ ｎ ｅ ｉｇ ｅ ｓｒ ｏ ｎ ｉｅ ｒｎ
综述毫论ｉ ｌ
ｄ ｉ １ ． ９ ９ ｊ ｉｓ ． ６ ２ ５ ２ ． ０ ２ ０ ． ０ ｏ ： ０ ３ ６ ／．ｓ ｎ １ ７ — ４ ５ ２ １ ． ４ ０ １
学、 品、 纸 、 食 造 纺织 以及环 保等 领域 。
ｐ 值及 壳聚糖 和蒙脱 土摩 尔 比都 对 复合 材 料 的吸 附 Ｈ 性 能有 影 响 ， 加入 蒙脱 土 的复合材 料 的吸附 能力 提高 ，
且蒙脱 土层 间距 越大 ， 吸附性 能 越 高 。钟伟 华 。 其 首
２ 壳 聚 糖 在 水 处 理 中的 应 用原 理［ ６ ］
述。
分 子 中活泼 的 Ｃ 位 氨基 和 ｃ 位 羟 基 ， 使其 易 于发 生
化 学反应 ， 进行 多种 化学修 饰 ， 可 形成不 同结 构和 性能
的衍 生 物 ， 而拓 宽 了其应 用领 域 。另 外 ， 为一 种生 从 作
１ 壳聚 糖 的 结构 和 性 质
壳 聚糖是 由 （ —４ 一一 基一一 氧一 － 糖 胺 和 １ ）２氨 ２脱 Ｉ葡 ） ｆ １ ）２乙 ｉ （— ４ 一一 酰氨 基一一 氧一 葡糖 胺 两 种 糖 单 元 间 － ２脱
２ １ 吸 附 与 絮 凝 作 用 ．
先采 用溶 液插层 法制备 了壳 聚糖 ／ 蒙脱 土插 层复 合物 ， 研究 了反应 温度 、 应 时 间 、 聚糖 与 蒙脱 土 比例 、 反 壳 壳
聚糖分 子量 对插 层 效果 的影 响 ， 讨 了 插层 机 理 。结 探 果表 明 ， 聚糖 分子量 对插 层影 响较 大 ， 分子量 大 的 壳 用
壳 聚糖 是天然 的 阳 离子 动 物 纤 维 ， 能通 过 分 子 故 中的氨 基 、 基与废 水 中 的铜 、 、 、 等重 金属 离子 羟 汞 铅 银 形 成稳定 的螯 合物 ， 而 除 去 和 回收 废 水 中 的重 金 属 进
离子。
为 １ ． ９ｍＬ、 １ ５ 环氧 氯 丙烷 用 量 为 ８ ７ ． ４ｍＬ、 蒙脱 土 含 量 为 ５ 、 ０ 乳化 剂用 量 约为 ０ １ ． ６ｇ时 ， 制备 的杂 化 微 球具 有较 好 的球 体 形 态 、 隙率 达 ７ ． １ 、 Ｃ 抖 孔 ４ １ 对 ｕ
关键词 ： 聚糖 ； 合材料 ； 壳 复 无机 材 料 ； 附 ； 处理 吸 水 中 图分 类 号 ： ０ ． Ｘ ７３ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ６ ２ ４ ， ２ １ ） ４ ０ ０ —０ １ ７ ～５ ２ （ ０ ２ ０ — ０ １ ４ ５
壳 聚 糖 （ ｈｔｓｎ Ｃ ） 唯一 一 种 碱 性 天 然 多 Ｃ ｉ ａ ， ＴＳ 是 ｏ
壳 聚 糖 基 复 合 材 料 在 水 处 理 中 的 应 用 研 究 进 展
冯辉 霞 ， 张 娟。 陈娜 丽 ， 张 婷 （ 兰州理 工大 学石油化 工 学院 ， 肃 兰 州 ７ ０ ５ ） 甘 ３ ０ ０
摘 要 ： 绍 了壳 聚 糖 的 结 构 、 质 及 其 在 水 处理 中的 应 用原 理 ， 述 了壳 聚 糖 与 粘 土 、 氧 化 硅 、 机 高 分 子 絮 凝 介 性 综 二 无 剂及 其 它 无机 材 料 复 合 得 到 的 壳聚 糖 基 复 合 材 料 在 水 处 理 中的 应 用 研 究进 展 ， 出未 来 的发 展 应 加 强 处理 机 理 的 研 究 、 提 对 重金 属 离子 外 的其 它无 机 物 和 有 机 物 的 处 理 研 究 以及 产 业 化 应 用 研 究 。
其 灭菌 能力 越强 。壳 聚糖 的抑菌 作用使 其在 饮用 水净
化 中的应用 更具 发展 前景 。
效 果 明显提 高 。李 爱 阳等 ＿ 】 累托 石 和 壳 聚 糖 混 合 将
制得 复合 吸附剂 ， 研究 了吸 附 剂 的制 备 条 件 和 吸 附剂 对 水 中镍 的吸附 效果 。结果 表 明 ， 乙酰 度 为 ９ 的 脱 Ｏ