壳聚糖改性及在水处理方面的应用

《文献检索与科技论文写作》作业

壳聚糖的改性在水处理中的应用进展

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专业：高分子材料

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提纲

0 引言

壳聚糖是性能优异、应用广泛且具有开发价值的天然高分子絮凝剂。虽然在应用中有一些不足，但可以通过物理或化学改性来提高其性能，拓展其应用范围。本文主要介绍壳聚糖改性后在水处理中的应用进展。

1 壳聚糖的改性在饮用水处理中的应用

从对氟离子的吸附及对浊度的降低介绍改性壳聚糖的应用效果；

2 壳聚糖的改性在工业废水中的应用

2.1 印染废水

从对偶氮染料的吸附及对阳离子染料的吸附介绍改性壳聚糖的应用；

2.2 重金属离子

主要从对铜离子、对镍离子的吸附；对UO22+、Th4+的吸附及对Cr(VI)的吸附，来介绍改性壳聚糖的应用；

2.3 造纸废水

主要介绍接枝改性壳聚糖和壳聚糖微球对造纸废水的处理效果；

3 壳聚糖的改性在城市污水和海水中的应用

主要介绍改性壳聚糖对SS、浊度、BOD5及COD等的处理效果；

4 结语与展望

介绍目前的改性研究情况及未来研究的方向。

5 参考文献

壳聚糖的改性在水处理中的应用进展

--------郑州大学材料科学与工程学院14级高分子材料专业马舒颜摘要：本文阐述了壳聚糖絮凝剂改性后在水处理方面的应用进展，着重说明其在重金属离子处理、印染废水处理中的应用。壳聚糖絮凝剂在水处理中应用极广，环境友好，从可持续发展角度来看有着巨大的发展潜力和研究意义。

关键词：壳聚糖的改性絮凝水处理

0 引言

水是人类生存最基本的需求，传统的水处理剂会在水中有残留，对人体健康及环境造成危害。因此，兼具环境友好、可再生、来源广泛的绿色水处理剂备受关注。而壳聚糖就是性能最为优异的的天然高分子材料之一。

壳聚糖是由自然界广泛存在的甲壳素经过脱乙酰作用得到的，又称脱乙酰甲壳素，一般而言，甲壳素的N-乙酰基脱去55％以上就可称为壳聚糖，其分子式为(C6H11NO4)N。壳聚糖结构中含有大量活泼的氨基和羟基，在酸性溶液中能形成阳离子型聚电解质，有良好的絮凝作用；且可通过表面侵蚀、酶降解、溶解等多种降解方式进行可控性降解，无毒副作用；同时还具有很好的生物相容性、吸附性、吸湿性、成膜性、抵抗免疫反应性和抗菌性等，广泛应用于造纸、纺织、制革、工业废水处理；在医药、食品保健品等领域也发挥着巨大的作用。因此，壳聚糖是一种用途广泛且富开发价值的天然高分子絮凝剂。

然而，壳聚糖在实际应用中还存在一些不足，譬如：化学性质不活泼、溶解性较差、分子量相对较低等，在一定程度上限制了它的使用范围。但因其结构中含有羟基、乙酰基和氨基等官能团，故可以利用烷基化、酯化、接枝、交联等改性方法来改善壳聚糖的性质，提高其性能，从而拓展应用范围，得到更大的利用空间。

1 壳聚糖的改性在饮用水处理中的应用

饮用水的处理，目的是将水处理为对人体有生物安全性和化学安全性的水，同时水的浊度、色度、硬度、气味等给人的感受要好[1]。壳聚糖因其天然、无毒、安全性，在饮用水处理中显示了其独特的优越性。壳聚糖特有的分子结构，可有效去除水中的悬浮物、有机物、颜色和气味，可降低水中COD含量并减少水中毒副物质的产生；此外，壳聚糖可以有效吸附去除饮用水中重金属及其藻类物质；还可以去除无机絮凝剂处理后残留的铝离子，且能一定程度上抑制水中微生物的繁殖和生长，从而具有一定的杀菌作用[2]。

我国是世界上地方性氟中毒较严重的国家之一。氟离子是人体不可或缺的微量元素之一，饮用水中氟离子含量在0.4mg/L～0.6 mg/L时对人体有益，国家卫生饮用水标准要求氟的含量不能超过1.0mg/L[3]。氟含量超标对人体伤害极大，若长期饮用，不仅会对人体的软组织和硬组织造成损伤，还可能会导致患者骨骼变形等。因此，去除或控制饮用水中的氟的含量十分重要。

梁鹏等[4]以壳聚糖为基体，首次利用成本较低的高La3+稀土改性片状壳聚糖，得到新型除氟剂CR；针对片状壳聚糖使用性能不稳定、不易与介质分离等缺陷，采用反相悬浮法合成了La3+和高La3+稀土改性壳聚糖树脂（CLB和CLRB）,吸附饱和容量分别为6.01mg/g，3.34mg/g。FTIR表明CLB和CLRB二者结构中形成了N-La3＋配位键和N-高La3＋稀土配位键，使热稳定性较不含稀土树脂得到了较大提高。为了进一步提高稀土改性壳聚糖树脂的利用效率，研究制得稀土改性磁性壳聚糖树脂MCLB和MCLRB，它们的吸附饱和容量分别可达20.53mg/g和22.35mg/g。几种除氟剂应用于模拟高氟饮用水除氟时，都能取得了良好的效果。与传统除氟剂相比，稀土改性壳聚糖除氟剂具有吸附容量高、吸附速率快、成本低廉、可多次重复利用且使用性能稳定等特点，有望进一步推广使用。

张夏红[5]等采用稀土铈对壳聚糖进行改性成球，经戊二醛交联后制得新型除氟吸附材料稀土铈改性壳聚糖微球(CeCh)，CeCh在吸附平衡时吸附量为0.268mg/g，是壳聚糖未改性前的6.06倍，可见改性后的CeCh可以显著提高氟离子的吸附效果，可用于对水中氟离子进行脱氟处理。

徐美等[6]采用硝酸镧改性壳聚糖的方法，制备新型除氟剂( La-CTS) 吸附水中氟离子，确定最佳条件为：氟离子初始浓度为8.16 mg/L时，pH值为6，温度为20 ℃，吸附剂用量为0.7 g，吸附时间为160 min 时，吸附达到平衡，除氟率达98.3%。

R.Fabris[7]等人研究发现，使用壳聚糖作为混凝剂，去除饮用水浊度的效果远远超过其他的无机混凝剂，与此同时还可以有效的减少消毒剂（如Cl2）的用量，降低消毒时副产物的生成量。

2 壳聚糖的改性在工业废水中的应用

2.1 对于印染废水的处理

印染废水是加工棉、麻及其混纺产品为主的印染厂排出的废水，我国沿海地区日益严重的印染废水已经极度恶化了海洋生物的生存环境。染料废水由于其高COD、高色度、有机成分复杂、微生物降解程度低等诸多特点，一直以来，印染废水都是最难以处理的工业废水之一[8-9]。

吸附作为目前应用最为广泛的印染废水脱色方法之一，具有工艺流程与操作