改性壳聚糖研究现状及在农业中应用展望
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第 １ ０期 总第 ２ ４ ４ 期
２ ０ １ ４年 １ ０月
农业科 技 与装备
Ａｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ￣ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ
Ｎ Ｏ． １ ０ Ｔｏ ｒ ａ ｌ ＮＯ ． ２ ４ ４ ｏｃ ｔ ． ２ ０１ ４
成 的 甲壳 素 有 １ ０ ０亿 ｔ 之 多 。壳 聚糖 （ Ｃ ｈ ｉ ｔ ｏ ｓ ａ ｎ ） 是 甲
壳素 （ Ｃ ｈ ｉ ｔ ｉ ｎ ）的 重要 衍 生 物 ，其 结 构 中包 含 一Ｎ Ｈ２
和～Ｏ Ｈ 基 团 ，对金 属 离子 具 有 较强 的结 合 作 用 ， 且
具 有无 毒 、 可生 物 降解等 优点 。但 是 ， 在 酸性 条件 下 ， 壳 聚糖所 带 有 的 正 电荷 与 金属 阳离 子会 产 生 静 电排 斥， 导 致 配位 能力减 弱 ， 影响 吸 附效 果 ； 而在 碱性 条 件
可破 坏壳 聚糖 原有 分子 结构 及氢 键 ， 同时 引人 重金 属
２ 交联 改性 壳 聚 糖
壳 聚 糖可 以通 过双 官能 团 的醛 或 酸酐进 行 交联 ， 交联 的主 要 目的是 使产 物性 能稳 定 ， 不 溶解 于酸 性 溶
子絮凝 剂 的应用 范 围 。利用巯 基对 壳 聚糖进 行 改性 。
染 土壤 Ｃ ｄ ２ ＋ 的吸 附作 用 ， 发现 羧 甲基 壳 聚糖螯 合 剂能
提 高 土壤 吸 附 Ｃ ｄ ： 的 解 吸效 率 ， Ｆ ｒ ｅ ｔ ｍ ｄ ｌ ｉ ｃ ｈ吸 附等 温
式可 以描 述吸 附过 程 。
介 绍 并 对 比 目前 常 见 的壳 聚糖 改 性 方 式 ， 分 析 巯 基 酯 化 壳 聚 糖 对 重 金 属 吸 附 的机 理 ， 为 巯 基 酯 化 壳 聚 糖 在 农 业 环 境 保 护 中 的应 用
提 供 理论 依据 。 关键词 ： 改性壳聚糖 ； 重金属 ； 吸附 ； 农业环境保护 ； 应 用 中图 分 类 号 ： Ｘ ７ ０ ３ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ６ ７ ４ — １ １ ６ １ （ ２ ０ １ ４ ） １ ０ — ０ ０ ７ ２ — ０ ２
接枝 改性 是对 壳 聚糖改 性 的主要 方式 之一 ， 它通 过改 变壳 聚糖 的表 面形 态来 增加 有效 吸 附位点 ， 从 而
ｍ ｇ ／ ｇ ， 吸 附后 对其 进 行 脱洗 ， 重 复 利 用 ６次后 吸 附量
提 高改性 壳 聚糖 的吸 附能力 。引入羧 基后 ， 可 得 到完
没 有下 降 。可见 ， 以戊 二醛 为交 联剂 对羧 甲基 壳 聚糖
甲壳 素是 自然界 资源 丰 富的可 再生 资源 ， 每 年合
液 中。 交 联多 在分 子 间发生 ， 也不 排 除在分 子 内发生 ， 主要 是醛 基 与壳 聚 糖 的氨 基发 生 ｓ ｈ ｉ ｆ ｔ 碱 反应 ．其 次 才是醛 基 与羟基 的反应 。常用 的交 联剂 主要 有 甲醛 、 乙二醛 、 戊 二醛 等 。壳 聚糖交 联后 形成 网状 的壳 聚糖 聚合 物 （ 壳聚糖 树 脂 ） ，从 而改善 了壳 聚糖 的 机械 强 度。 壳 聚糖 大分子 中含大量 氨基 、 羟 基等 亲水性 基 团 ， 在水 、 酸性 、 碱 性溶 液 中容 易溶胀 甚 至流失 ， 导 致其 稳 定性 较 差 ； 而 交联 后 ， 壳 聚糖 稳定 性增 加 。 以戊 二 醛为
阳离子 交换 树脂 。 经 羧 甲基改 性后 再进 行交 联反 应 的
酰化 破 坏 了壳 聚糖 生 物大分 子 间 的氢 键 ， 改变 其 晶体 结构 ． 改进 其 溶 解度 ； 脱 乙 酰壳 多 糖更 容 易 发 生 酯化
壳 聚糖 吸 附重金 属 的能力 明 显提高 ， 这 是一种 有 效 的 改性 方法 ， 但是 很 多交 联 剂 都具 有 毒 性 ． 为后 续 的处 理带来 困难 。
改性壳聚糖 研究现状及在农 业 中应 用展 望
刘 时光 ， 赵 云 龙
（ 沈 阳农 业 大 学 土地 与环 境 学 院 ， 沈阳 １ ０ ０ ８ ６ ６ ）
摘要 ： 壳 聚糖 是 自然 界 含 量 丰 富 的 高 分子 有 机 物 ， 改性 后 的壳 聚 糖 被 赋 予 更 优 异 的 理 化 性 质 ， 可 广 泛 应 用 于 土壤 中 的 重金 属 吸 附 。
交 联后 制成 的树 脂 ， 具 有抗 酸碱 性好 、 吸附容 量 大 、 吸
全溶 于水 的含 阴离 子 的壳 聚糖 ， 改善 了壳 聚糖 螯合 重
金属 离子 的能 力 。 提高 了对 金属 离子 的吸 附能 力 。酰
化生 成 的产物 种类 ，与催化 剂种 类 和酰基 结构 有关 。
Fra Baidu bibliotek
附速度 快 、 可再生 、 可 重复使 用 等特性 ， 是 性能 良好 的
对Ｃ ｕ 进 行 吸 附试 验 ． 结果表明 ： 以戊二 醛 为交 联 剂 形 成 的树 脂 不 溶 于水 ， 同 时也 不 溶 于酸 和 碱 ； 对Ｃ ｕ
进行吸附， ５ ｍ ｉ ｎ内达 到 平 衡 ， 饱 和 吸 附容 量 为 ９ ２ ． ２ ２
１ 接 枝 改 性 壳 聚 糖
下． 金 属 阳离 子容 易 生 成氢 氧 化 物沉 淀 ， 使 吸 附剂 失 去作用 。因此 ， 如何 改善 壳 聚糖在 环境 治理 领 域 中的
应用 ， 是壳 聚糖 研究 中最 热 门 、 最 活跃 的课题 之 一 。
交联 剂 ， 以羧 甲基 壳聚 糖为原 料 ， 制 备 阳离 子 型树脂 ，
反应 ： 浓硫 酸 、 氯磺 酸 、 Ｓ Ｏ ： 及Ｓ Ｏ 磺化 试 剂 是 主要 的
磺 化试 剂 ； 与壳 聚糖 相 比 ， 羧 甲基 壳 聚糖 铜 离 子有 较
强 的络 合能 力 ． 利用 等温 吸附研 究羧 甲基 壳 聚糖 对污
３ 巯 基 酯化 壳 聚 糖
分 子 间氢键 的存 在 ， 使 得 壳聚糖 机 械强度 弱且水 解 性 较差 ， 只能 溶 于 酸性 溶 液 中 ， 限 制 了其 作 为 高分
２ ０ １ ４年 １ ０月
农业科 技 与装备
Ａｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ￣ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ
Ｎ Ｏ． １ ０ Ｔｏ ｒ ａ ｌ ＮＯ ． ２ ４ ４ ｏｃ ｔ ． ２ ０１ ４
成 的 甲壳 素 有 １ ０ ０亿 ｔ 之 多 。壳 聚糖 （ Ｃ ｈ ｉ ｔ ｏ ｓ ａ ｎ ） 是 甲
壳素 （ Ｃ ｈ ｉ ｔ ｉ ｎ ）的 重要 衍 生 物 ，其 结 构 中包 含 一Ｎ Ｈ２
和～Ｏ Ｈ 基 团 ，对金 属 离子 具 有 较强 的结 合 作 用 ， 且
具 有无 毒 、 可生 物 降解等 优点 。但 是 ， 在 酸性 条件 下 ， 壳 聚糖所 带 有 的 正 电荷 与 金属 阳离 子会 产 生 静 电排 斥， 导 致 配位 能力减 弱 ， 影响 吸 附效 果 ； 而在 碱性 条 件
可破 坏壳 聚糖 原有 分子 结构 及氢 键 ， 同时 引人 重金 属
２ 交联 改性 壳 聚 糖
壳 聚 糖可 以通 过双 官能 团 的醛 或 酸酐进 行 交联 ， 交联 的主 要 目的是 使产 物性 能稳 定 ， 不 溶解 于酸 性 溶
子絮凝 剂 的应用 范 围 。利用巯 基对 壳 聚糖进 行 改性 。
染 土壤 Ｃ ｄ ２ ＋ 的吸 附作 用 ， 发现 羧 甲基 壳 聚糖螯 合 剂能
提 高 土壤 吸 附 Ｃ ｄ ： 的 解 吸效 率 ， Ｆ ｒ ｅ ｔ ｍ ｄ ｌ ｉ ｃ ｈ吸 附等 温
式可 以描 述吸 附过 程 。
介 绍 并 对 比 目前 常 见 的壳 聚糖 改 性 方 式 ， 分 析 巯 基 酯 化 壳 聚 糖 对 重 金 属 吸 附 的机 理 ， 为 巯 基 酯 化 壳 聚 糖 在 农 业 环 境 保 护 中 的应 用
提 供 理论 依据 。 关键词 ： 改性壳聚糖 ； 重金属 ； 吸附 ； 农业环境保护 ； 应 用 中图 分 类 号 ： Ｘ ７ ０ ３ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ６ ７ ４ — １ １ ６ １ （ ２ ０ １ ４ ） １ ０ — ０ ０ ７ ２ — ０ ２
接枝 改性 是对 壳 聚糖改 性 的主要 方式 之一 ， 它通 过改 变壳 聚糖 的表 面形 态来 增加 有效 吸 附位点 ， 从 而
ｍ ｇ ／ ｇ ， 吸 附后 对其 进 行 脱洗 ， 重 复 利 用 ６次后 吸 附量
提 高改性 壳 聚糖 的吸 附能力 。引入羧 基后 ， 可 得 到完
没 有下 降 。可见 ， 以戊 二醛 为交 联剂 对羧 甲基 壳 聚糖
甲壳 素是 自然界 资源 丰 富的可 再生 资源 ， 每 年合
液 中。 交 联多 在分 子 间发生 ， 也不 排 除在分 子 内发生 ， 主要 是醛 基 与壳 聚 糖 的氨 基发 生 ｓ ｈ ｉ ｆ ｔ 碱 反应 ．其 次 才是醛 基 与羟基 的反应 。常用 的交 联剂 主要 有 甲醛 、 乙二醛 、 戊 二醛 等 。壳 聚糖交 联后 形成 网状 的壳 聚糖 聚合 物 （ 壳聚糖 树 脂 ） ，从 而改善 了壳 聚糖 的 机械 强 度。 壳 聚糖 大分子 中含大量 氨基 、 羟 基等 亲水性 基 团 ， 在水 、 酸性 、 碱 性溶 液 中容 易溶胀 甚 至流失 ， 导 致其 稳 定性 较 差 ； 而 交联 后 ， 壳 聚糖 稳定 性增 加 。 以戊 二 醛为
阳离子 交换 树脂 。 经 羧 甲基改 性后 再进 行交 联反 应 的
酰化 破 坏 了壳 聚糖 生 物大分 子 间 的氢 键 ， 改变 其 晶体 结构 ． 改进 其 溶 解度 ； 脱 乙 酰壳 多 糖更 容 易 发 生 酯化
壳 聚糖 吸 附重金 属 的能力 明 显提高 ， 这 是一种 有 效 的 改性 方法 ， 但是 很 多交 联 剂 都具 有 毒 性 ． 为后 续 的处 理带来 困难 。
改性壳聚糖 研究现状及在农 业 中应 用展 望
刘 时光 ， 赵 云 龙
（ 沈 阳农 业 大 学 土地 与环 境 学 院 ， 沈阳 １ ０ ０ ８ ６ ６ ）
摘要 ： 壳 聚糖 是 自然 界 含 量 丰 富 的 高 分子 有 机 物 ， 改性 后 的壳 聚 糖 被 赋 予 更 优 异 的 理 化 性 质 ， 可 广 泛 应 用 于 土壤 中 的 重金 属 吸 附 。
交 联后 制成 的树 脂 ， 具 有抗 酸碱 性好 、 吸附容 量 大 、 吸
全溶 于水 的含 阴离 子 的壳 聚糖 ， 改善 了壳 聚糖 螯合 重
金属 离子 的能 力 。 提高 了对 金属 离子 的吸 附能 力 。酰
化生 成 的产物 种类 ，与催化 剂种 类 和酰基 结构 有关 。
Fra Baidu bibliotek
附速度 快 、 可再生 、 可 重复使 用 等特性 ， 是 性能 良好 的
对Ｃ ｕ 进 行 吸 附试 验 ． 结果表明 ： 以戊二 醛 为交 联 剂 形 成 的树 脂 不 溶 于水 ， 同 时也 不 溶 于酸 和 碱 ； 对Ｃ ｕ
进行吸附， ５ ｍ ｉ ｎ内达 到 平 衡 ， 饱 和 吸 附容 量 为 ９ ２ ． ２ ２
１ 接 枝 改 性 壳 聚 糖
下． 金 属 阳离 子容 易 生 成氢 氧 化 物沉 淀 ， 使 吸 附剂 失 去作用 。因此 ， 如何 改善 壳 聚糖在 环境 治理 领 域 中的
应用 ， 是壳 聚糖 研究 中最 热 门 、 最 活跃 的课题 之 一 。
交联 剂 ， 以羧 甲基 壳聚 糖为原 料 ， 制 备 阳离 子 型树脂 ，
反应 ： 浓硫 酸 、 氯磺 酸 、 Ｓ Ｏ ： 及Ｓ Ｏ 磺化 试 剂 是 主要 的
磺 化试 剂 ； 与壳 聚糖 相 比 ， 羧 甲基 壳 聚糖 铜 离 子有 较
强 的络 合能 力 ． 利用 等温 吸附研 究羧 甲基 壳 聚糖 对污
３ 巯 基 酯化 壳 聚 糖
分 子 间氢键 的存 在 ， 使 得 壳聚糖 机 械强度 弱且水 解 性 较差 ， 只能 溶 于 酸性 溶 液 中 ， 限 制 了其 作 为 高分