壳聚糖微球的制备及对染料的吸附性能

壳聚糖微球的制备及对染料的吸附性能

壳聚糖微球对阴离子染料具有较大的吸附容量，而壳聚糖微球对阳离子染料吸附容量较小。壳聚糖微球对染料的吸附过程受溶液初始浓度、pH值等因素的影响；当pH=2、温度为298 K时，壳聚糖微球对AO7的吸附率达93%，该吸附过程为具有化学吸附的自发过程。

标签：壳聚糖微球染料废水pH值吸附吸附量

一、印染废水的处理意义

印染废水中的污染物绝大部分来自织物本身和加工过程使用的化学染料以及辅助剂。随着工业的快速发展，人类正面临着越来越缺乏的可用的淡水资源，因此要求越来越高的污水处理回收技术。印染行业是工业废水，印染废水中较多的有机物类型和较高的COD、BOD值，高色度，高毒性。纺织废水成分复杂和不稳定，因此在废水处理中印染废水处理已成为一个焦点。

二、印染废水的处理办法

印染废水的处理过程主要包括：预处理和后续处理。预处理工艺的作用主要是去除部分污染物，改善污水水质，以提高后续处理的效果。大量的工业实践证明，印染水的综合治理过程中废水的预处理工艺具有极其重要的地位，它关系到整个系统的运行稳定和排放水质达标，同时也涉及到运行成本的高低。印染废水后续处理是废水处理的关键环节，目前所用的方法主要有化学处理法、生化处理法和物理处理法

三、壳聚糖吸附处理染料废水的研究进展

壳聚糖吸附染料是通过氢键，范德华力，静电引力来实现的。Mckay等首次研究了壳聚糖对印染废水的吸附性能，研究表明，染料种类、温度、pH、溶液初始浓度等对壳聚糖吸附效果有较大影响。随后国内外学者开始对壳聚糖吸附染料废水进行研究，近年来取得了丰硕的成果。实验数据表明，壳聚糖对很多种染料都有良好的吸附效果，尤其是对酸性染料具有较大的吸附容量，而对碱性染料吸附容量较小；壳聚糖对多数染料的吸附过程符合Langmuir吸附等温线。Wong 等用蟹壳分离出的甲壳素制成的壳聚糖来处理五种酸性染料（酸性绿25、酸性黄10、酸性黄12、酸性红18和酸性红73）废水，发现Langmuir吸附等温线与这四种染料的吸附过程有很好的关联。林静雯[1]等对壳聚糖改性，使壳聚糖与丙烯酰胺形成接枝共聚物，然后用这种改性的壳聚糖来处理一种色泽为深蓝色的印染废水，发现其去除率达到76%，脱色率达到95.92%。Annadurai等研究了壳聚糖吸附处理活性黑13染料，实验过程中控制反应时间、染料的初始浓度、壳聚糖颗粒大小、pH和温度，并对其进行优化，得出最佳吸附条件。在最佳吸附条件下，吸附容量达到130.0 mg/g。通过吸附热动力学研究，表明吸附过程为吸热反应。朱启忠[2]等研究壳聚糖对酸性品红染料的吸附性能，研究发现在一定

的染料浓度和体积下，壳聚糖对酸性品红染料在2 h内就能达到最大吸附量，并且脱色效果很好，这一结果为壳聚糖应用于处理印染废水提供一定的理论根据。由于壳聚糖在酸性条件易水解，导致吸附能力下降，所以Chiou等采用的交联剂环氧氯丙烷、多聚磷酸钠等对普通壳聚糖进行改性，制备出壳聚糖微球，使其耐酸性大为提高，并应用在活性红189染料方面的吸附，饱和吸附量达到1802～1840 g/kg，吸附效果十分明显

四、壳聚糖微球制备方法简介

1.凝聚法

凝聚法包括单凝聚法和复凝聚法。复凝聚法是指利用带相反电荷的两种胶体聚合物，由于异种电荷相互吸引发生聚沉从而使聚电解质复合物分离，沉积围绕在囊芯周围形成微胶囊的方法。Lee等利用海藻酸钠-壳聚糖和乳酸细菌悬浮液复合物，然后喷入CaCl2溶液，制备出海藻酸盐-壳聚糖包埋乳酸菌微球

2.交联法

壳聚糖微球制备的交联法主要有以下几种：离子交联法、乳化-离子凝胶法、离子沉淀-化学交联法、乳化-化学交联法等。乳化交联法是将壳聚糖溶解于醋酸中，待溶液混合均匀后，将溶液加入到含有表面活性剂（如Span80）的油相中，利用搅拌或超声，形成W/0型乳化液，再用戊二酸、环氧氯两烧等进行化学交联，通过抽滤、干燥即可制得壳聚糖微球，这是最常用的制备方法之一[3]。

3.喷雾干燥法

喷雾干燥法是利用高速旋转（离心）式雾化器，将料液雾化成微小的液滴，再与热风接触，瞬间蒸发水分（或其他溶剂）形成干燥微球的方法。Filipovic等采用喷雾干燥法制备了壳聚糖-经丙基纤维素聚合物微球，结果表明：药物的包封率和释放特征依赖于所制备微球的聚合物组成和药物与聚合物的比例。

四、中和沉淀法

即将酸性壳聚糖溶液与碱液混合，随着pH值的升高，壳聚糖会以固体沉淀出来。常用的方法是将壳聚糖溶液用注射器逐滴滴入NaOH或NaOH-乙醇混合液中，乙醇可以加速壳聚糖的凝固与致孔。这种方法制备的壳聚糖微球是凝胶化产物，没有进行化学交联，使壳聚糖本身的氨基和径基没有破坏，制备过程没有使用任何有毒性的试剂，在医药及食品行业得到广泛应用。李艳利和史永诞[4]等用此法制备了多孔壳聚糖珠并研究了其对胰蛋白酶的固定和吸附；洪温嘉[5]等用注射器逐滴滴入制备了直径约2 mm的微球，并用此壳聚糖凝胶微球成功的固定了血管紧张素转酶（简称ACE）并对固定化ACE的性质进行研究；宋杨[6]等，将壳聚糖粉末溶于1%醋酸中，过滤，将过滤液通过喷嘴喷入凝固液NaOH 中，丙酮脱水，真空干燥，得到微珠壳聚糖，用此微球交联固定化牛胰蛋白酶。

壳聚糖微球作为一种具有广阔前景的吸附剂、包埋剂等，具有生物相容性好、无毒、吸附能力强等优点，将会得到大规模的应用与发展。

参考文献

[1] 林静雯，索志强，王冠等. 改性壳聚糖絮凝剂处理印染废水的研究. 环境保护科学，2005，31（129）：16～18.

[2] 朱启忠，赵亮云，赵宏等. 壳聚糖对酸性染料的吸附性能. 资源开发与市场，2006，22（2）：101～102.

[3] 丁明，施建军，黄埔霞等. 壳聚糖微球的制备研究. 化学世界，1998，12（1）：634～640.

[4] 李艳利，史永昶，姜涌明. 壳聚糖多孔珠的制备及其作为亲和吸附剂载体的研究. 药物生物技术，1998，5（4）：241～244.

[5] 洪韫嘉，李谭瑶，陈波等. 壳聚糖固定化血管紧张素转化酶及其性质. 高等学校化学学报，2009，30（2）：328～331.

[6] 宋杨，侯司，赵辉等. 改性与修饰壳聚糖固定化酶纯化抑肽酶研究. 生物化学与生物物理进展，2000，27（1）：82～86.