壳聚糖基吸附剂去除水中重金属离子的研究进展

１ 壳聚糖的结构和理化性质
１．１ 壳聚糖的结构 壳聚糖，聚［（１，４）β２氨基２脱氧Ｄ葡萄糖］
（聚葡萄糖胺），是甲壳素的 Ｎ脱乙酰形式，具有氨 基和甲壳素结构（聚葡萄糖胺），并且是可生物降解 的聚合物，尽管这种 Ｎ脱乙酰化几乎从未完成。聚 合物在酸性溶液中的溶解度是鉴定甲壳素和壳聚糖 的标准之一［２］。脱乙酰度（ＤＤ）定义为 ２乙酰氨基 ２脱氧Ｄ吡喃葡萄糖与 ２氨基２脱氧Ｄ吡喃葡萄 糖结 构 单 元 的 比 例。当 聚 合 物 可 溶 于 稀 酸 溶 液 （１％稀乙酸或 １％稀盐酸）时，通常称为壳聚糖，相 当于脱乙酰度通常 ＞５５％。ＤＤ或乙酰化度 （ＤＡ） 的参数是甲壳素 ／壳聚糖的一个非常重要和基本的 结构参数，其对甲壳素 ／壳聚糖的溶解性和溶液性质 （如离子交 换 容 量、氟 化 物 容 量 等 ）产 生 显 著 影 响。 壳聚糖作为甲壳素的 Ｎ脱乙酰衍生物的典型 ＤＤ＞ ０．６５或 ０．７０。 １．２ 壳聚糖的理化性质
２ 壳聚糖的改性
原始形式的壳聚糖由于其相对较低的机械强度 和在酸性介质中可溶的弱碱性而不适合实际应用。 此外，原始形式的壳聚糖通常不具有对某种重金属 的特定选择性或对复杂污水或废水中金属离子的高 吸附能力，尽管具有高胺基和羟基含量的壳聚糖对 过渡金属具有良好的吸附能力，但对碱性或碱土元 素没有或很少吸附。
壳聚糖是固态的半结晶聚合物，壳聚糖的结晶
收稿日期：２０１８１２０４ 修改稿日期：２０１８１２２２ 基金项目：重庆市科委基金（ｃｓｔｃ２０１４ｙｙｋｆＡ２０００３） 作者简介：唐凯（１９９４－），男，四川乐山人，重庆工商大学在读硕士研究生，师从钟成华教授，从事水处理方面的研究。电
话：１７７２６５８１７０８，Ｅ－ｍａｉｌ：１７７２６５８１７０８＠１６３．ｃｏｍ
第 ４８卷第 ７期 ２０１９年 ７月
应 用 化 工 ＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ
Ｖｏｌ．４８Ｎｏ．７ Ｊｕｌ．２０１９
壳聚糖基吸附剂去除水中重金属离子的 研究进展
唐凯
（重庆工商大学 环境与资源学院，重庆 ４０００６７）
摘 要：介绍了壳聚糖的结构、理化性质和内在性质；简要阐述了壳聚糖复合材料的种类和壳聚糖改性常用的交 联、接枝和分子印迹等方法；主要论述了壳聚糖基吸附剂去除重金属离子的研究进展。 关键词：壳聚糖；吸附剂；重金属离子 中图分类号：ＴＱ０３１．２；Ｘ７０３．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１－３２０６（２０１９）０７－１７４９－０５
Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｒｅｍｏｖａｌｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌ ｉｏｎｓｉｎｗａｔｅｒｂｙｃｈｉｔｏｓａｎａｄｓｏｒｂｅｎｔ
ＴＡＮＧＫａｉ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＢｕｓｉｎｅｓｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００６７，Ｃｈｉｎａ）
在这些方法中，吸附 ／生物吸附法是去除水和废 水中重金属的有效方法之一。正如其他评论和文章 所述，几个重要因素使基于壳聚糖的材料成为一种 良好的吸附剂［１］，例如，①壳聚糖是一种丰富、廉价 的资源，使其具有经济可行性；②壳聚糖具有丰富的 氨基和羟 基，对 许 多 污 染 物 具 有 良 好 的 吸 附 能 力； ③壳聚糖可以通过物理或化学方法轻松改性，以实 现更多样化的应用；④壳聚糖作为一种可生物降解 的聚合物，无毒，环保。
通过污染世界某些地区的水、土壤和空气，重金 属污染正在对生态系统和人类健康构成严重威胁。 重金属污染废水的处理技术通常可分为三类：①通 过化学反应去除金属，如化学沉淀；②通过吸附，富 集，分离金属，一般不改变金属状态，例如活性炭吸 附、萃取等；③通过生物过程，如生物絮凝、人工湿地 等。复杂的废水需要综合技术进行有毒重金属、贵 金属、放射性核素的废水处理。
１７５０ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
应用化工
第 ４８卷
度低于甲壳素。尽管甲壳素因其通过氢键结晶而具 有低溶解度，但壳聚糖在与有机酸如甲酸、乙酸、酸 性氨基酸、抗坏血酸或无机酸如盐酸等形成盐后变 得易溶于水。在这些稀酸水溶液中，壳聚糖聚合物 主链的 Ｃ２位置上的游离氨基（Ｄ葡糖胺单元）被质 子化，聚合物在 ｐＨ５以下变得完全可溶［３］。因此， 可以由这些水溶液制备壳聚糖盐颗粒或薄片或其他 形式的聚合物。
壳聚糖在酸性溶液中的可溶性和在近中性或碱 性溶液中的不可溶性，让壳聚糖在实际应用中存在 一定困难。因此，已经广泛研究了物理或化学改性 以制备所需的壳聚糖基材料，部分是为了增加其在 酸溶液中的稳定性或增强其在宽 ｐＨ范围内对于溶 液中金属离子的吸附能力。
壳聚糖结构中存在 Ｎ乙酰氨基葡萄糖和氨基 葡萄糖单位，这有助于它的多功能性和在聚合物中 的多相性。壳聚糖中的胺基团能与金属离子强烈反 应，是因为其氮原子保持自由电子双峰。因此，螯合 机理可能有助于对废水中的金属离子吸收。此外， 壳聚糖的这些胺基团的质子化可能导致其对阴离子 化合物（例 如 金 属 阴 离 子 或 阴 离 子 染 料 ）的 静 电 吸 引。壳聚糖聚合物中含有大量官能团如酰胺基、胺 基和羟基，这些易化学反应性官能团和聚合物链的 多功能性解释了其良好的金属吸附性能。壳聚糖的 上述特性和优点使壳聚糖成为一种有前景的金属吸 附材料［４］。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｉｎｔｒｉｎｓｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｈｉｔｏｓａｎａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅｔｙｐｅｓｏｆｃｈｉｔｏｓａｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｃｒｏｓｓｌｉｎｋｉｎｇ，ｇｒａｆｔｉｎｇａｎｄｍｏｌｅｃｕｌａｒｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇｃｏｍ ｍｏｎｌｙｕｓｅｄｉｎｃｈｉｔｏｓａｎｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎａｒｅｂｒｉｅｆｌｙｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｃｈｉｔｏｓａｎｂａｓｅｄａｄｓｏｒ ｂｅｎｔｓｆｏｒｒｅｍｏｖｉｎｇｈｅａｖｙｍｅｔａｌｉｏｎｓｉｓｍａｉｎｌｙｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｈｉｔｏｓａｎ；ａｄｓｏｒｂｅｎｔ；ｈｅａｖｙｍｅｔａｌｉｏｎ