壳聚糖及其复合材料在水处理中的应用
Harbin Institute of Technology
课程论文
课程名称： 壳聚糖生物材料
设计题目：壳聚糖及其复合材料在水处理中的应用
院 系： 能源科学与工程学院
作 者： 刘禹萱
学 号： 1120200607
哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学
目 录
1 引言 ......................................................................................................................... 2
2 壳聚糖的吸附与絮凝机理 ...................................................................................... 3
3 壳聚糖及其复合材料在水处理中的研究与应用 ................................................... 4
3.1壳聚糖及其复合材料去除废水中金属离子的研究与应用 ............................................. 5 3.2 壳聚糖及其复合材料在印染废水处理中的研究与应用 ................................................ 6 3.4 壳聚糖在食品工业废水处理中的研究与应用 ............................................................. 7
4 总结 ......................................................................................................................... 8
参考文献 ....................................................................................................................... 9
1 哈尔滨工业大学
壳聚糖及其复合材料在水处理中的应用
摘 要
随着工业带来的环境污染的加剧，水污染已成为全球化问题，水处理成为世
界各国环境保护工作的重点。壳聚糖具有环境相容性好、可再生、资源丰富以及
高度可降解性等优点，在水处理领域已引起越来越多的关注。随之发展起来的壳
聚糖改性材料也进入研究者的视野。其中，物理改性即壳聚糖复合材料以其操作
性强、应用范围广、制备过程简单、性能优良等优点被越来越多的学者探索。本
文以壳聚糖为基础，结合其物理复合材料，综述了壳聚糖及其复合材料在水处理
方面的研究与应用。
关键词：壳聚糖；复合材料；水处理
1 引言
壳聚糖是甲壳素经化学法处理脱乙酰基后的产物，是一种直链型的天然高分
子化合物，化学名称为(l，4)-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖。是至今发现的唯一天然
碱性多糖。因制备工艺条件和需求不同，脱乙酰度由60%至100%不等，壳聚糖脱
乙酰度越高，相对稳定性越低，但机械强度增大，生物相容性增加，吸附作用增
强[1]。壳聚糖分子上含有三种类型的活性基团，即C2-NH2、C3-OH和C6-OH，因
而可以通过物理、化学改性赋予壳聚糖衍生物各种功能特性，因此，壳聚糖复合
材料作为正在兴起的功能材料之一，已经在多个领域得到应用。
随着工农业的发展，大量包括重金属的污染物排入河流，使水质恶化，水体污染已经成为当今世界上最严重的环境问题之一，世界各国政府以及广大环保工
作者都在努力寻找科学有效的水治理方法。中国是全球水污染最严重的国家之一，
全国多达70%的河流、湖泊和水库均受到影响。一项全国性调查表明，在2007年
排入各种水体的有机污染物（以COD表示）中，近20%源自工业。而工业废水中，
对环境与人体影响最大的几类分别为含重金属离子废水、含染料废水及含有机物
废水。
在自然界中，甲壳素的年生物合成量约100亿吨，是地球上除纤维素以外的第
二大有机资源，是人类充分利用的巨大资源宝库。因此，壳聚糖的来源相当丰富[2]。
由于壳聚糖具有生物降解能力、生物相容性、生物活性以及无毒等独特的性能，
近年来壳聚糖及其复合材料在水处理领域已得到高度重视和广泛研究。
2 哈尔滨工业大学
2 壳聚糖的吸附与絮凝机理
吸附法是一种应用较早、应用范围广泛的方法。具有操作简单、成本低、材
料易得、反应速度快、处理效果好等特点，对低浓度重金属废水和有毒废水的处
理具有很大的优势活性炭是最常见的吸附剂，具有巨大的比表面积和较多的孔，
吸附量大，处理效果好；但是活性炭的非选择性吸附、再生困难、再生成本高成
为其使用的限制因素。目前，壳聚糖、木质素、沸石、腐殖酸、天然矿物如粘土、
矿石等新型的吸附别逐渐被人们所重视，并广泛地研究。这些新型吸附壳聚糖在
纺织、印染、医药、环保等各个行业都具有很广泛的应用。
壳聚糖含有氨基和羟基，通过氢键、静电吸引、离子交换、范德华力等对对
染料产生极强的吸附、配位作用，这种吸附作用包括：物理吸附、化学吸附和离
子交换吸附，所以壳聚糖基吸附材料可以吸附各类分子[3，4]。
图1 壳聚糖的结构示意图 壳聚糖的物理吸附功能已经引起了很多学者的注意，与活性炭和离子交换树
脂相比(表1)， 壳聚糖具有资源丰富、吸附性能高、易再生、易生物降解等优点；
同时，也具有孔隙率低、比表面积小、受pH 值影响大等缺点。因此，壳聚糖及其
改性复合材料在物理吸附方面的应用进展缓慢。而壳聚糖材料在作为吸附剂应用
时，其作用机理大多为化学絮凝作用、离子交换吸附及二者的结合。这两种性能
也正是壳聚糖及其复合材料得以在吸附领域得到广泛应用的重要因素。
3 哈尔滨工业大学
表1 活性炭、离子交换树脂和壳聚糖衍生物吸附剂的优缺点
吸附剂 优点 缺点
活性炭 比表面积大; 多孔吸附 剂; 吸附能力高; 吸附 速度快; 吸附多种污染 物质; 快速动力学 吸附性能取决于活 性炭的种类; 需要交 联剂提高吸附能力; 非选择吸附性; 扩散 能力弱; 恢复活性 会导致碳损失
离子交换树脂 多孔结构; 物化性能 范围广; 表面积大; 恢复， 无吸附剂损失 原材料来源于石油; 成本高; 吸附性能在 于树脂的种类; pH 值影响大; 亲水性低
壳聚糖衍生物 资源丰富; 环境友好; 吸附能力高; 扩散性 能高; 高吸附性和选择 吸附性; 多功能吸附 剂; 易恢复活性 无孔吸附剂; 受原料和脱 乙酰度的影响; 微珠性能 的多变性; pH 值影响大; 需化学改性提高吸附性能; 壳聚糖分子重复单元中带有活性基团、，在酸性溶液中会形成高电荷密度的阳
离子聚电解质，显示良好的络合性能和絮凝性能。随着氨基的质子化，表现出弱
阳离子絮凝剂的性质。因为分子中含有大量的氨基、羟基，性质较活泼，可修饰、
活化和偶联，所以壳聚糖及其衍生物具备了絮凝剂的特性。
由于壳聚糖在C2上有一个乙酰氨基或氨基，在C3上有一个羟基，随着-NH2的质子化，表现出阳离子型聚电解质的作用，能有效吸附溶液中的Cd2+、Zn2+、
Ni2+、Cu2+、Ag+、Au3+、Pt4+、Pd2+等重金属离子，但壳聚糖不吸附天然水中的碱
金属和碱土金属离子，原因是这些金属离子半径较小。壳聚糖对金属离子的吸附
作用表明， 壳聚糖的选择吸附主要是由于壳聚糖分子上的-NH2，氮原子上的孤对
电子可投入到金属离子的空轨道中，形成配位键结合[5，6]。因此，壳聚糖及其复合
材料已经被广泛应用到去除给水与工业废水中的有害金属离子中。
此外，壳聚糖能通过络合、离子交换等作用对染料、蛋白质、氨基酸、核酸、
酚、卤素等进行吸附。带有磺酸基团的染料在硫酸水溶液中可通过离子交换作用
被甲壳素吸附，通过对壳聚糖进行改性可以使其在处理带染料、有机物等有害水
污染物的领域应用，进一步增加了壳聚糖材料在处理综合工业废水中的可实现性。
3 壳聚糖及其复合材料在水处理中的研究与应用
近年来壳聚糖及其复合材料的应用研究取得巨大进展，壳聚糖用于水处理是 4 哈尔滨工业大学
其中最早的应用，它主要用作重金属离子螯合剂和活性污泥絮凝剂，其絮凝作用
很强，而且无毒、不产生二次污染，并可生物降解。目前，国内外关于有机高分
子絮凝剂絮凝机理的研究多处于假说阶段，有说服力的实际验证比较少。壳聚糖
正是以其天然、无毒、易降解和对人体健康无害、具有杀菌作用，很快在水处理
的应用中作为合成有机絮凝剂的有效替代品占据了特殊地位[7]。壳聚糖的复合改
性是近年来发展起来的一种改性方法，主要是将壳聚糖和无机物、有机高分子、
藻类等微生物复合，形成新型的核壳材料。
3.1壳聚糖及其复合材料去除废水中金属离子的研究与应用
壳聚糖及其复合材料与金属离子的配位主要在于分子链中存在大量的羟基、
氨基等功能团，可以借助氢键和离子键形成具有类似网状结构的笼形分子，从而
对金属离子有稳定的配位作用。因此，壳聚糖可作为金属离子的富集剂，有效地
去除水中有毒的重金属离子，也可以对一些贵重金属离子进行回收。近年来，国
际先进的水处理剂正趋向于高效能、无公害、多功能、复合化的绿色产业方向发
展。壳聚糖及其衍生物作为一种天然高分子材料的吸附剂，因其来源广泛、无毒、
易降解、易回收等特点，在水处理领域得到高度重视和广泛研究，发展很快[8，9]。 王茹[10]以工业级壳聚糖（脱乙酰度为83%）为吸附剂，去除水溶液中的Pb2+，
在室温条件下，处理100mg·L-1的Pb2+溶液时，最佳条件为壳聚糖用量100mg，粒
度20～40目，pH值6～8，吸附时间15h，Pb2+的去除率高达99.7%以上，残余Pb2+
的浓度小于等于0.6mg·L-1，已能达到国家废水排放标准（≤1.0mg·L-1）的要求。
何松裕[11]等人用非均相制得脱乙酰度75%的壳聚糖对有毒及放射性离子
Cd2+、Pb2+、U6+、Th4+进行吸附，在pH≥7时，除Pb2+的吸附率较低外，其余三种
离子的吸附率均大于90%。在非均相得到的壳聚糖通过螯合作用对水溶液中的金
属离子Hg2+、Cu2+进行吸附时，吸附量随着脱乙酰化产物结晶性的下降和脱乙酰
度的提高而提高，同时，在均相条件下得到的壳聚糖在脱乙酰度50%-60%时，由
于对水的亲和性最大，吸附量也最大。
Liu[12]等利用离子印迹技术制备了壳聚糖/南海马尾藻复合材料。制备得到的
复合材料对Cu2+的吸附容量达到1.08mmol/g，而且多次使用后吸附容量几乎没有
变化。
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壳聚糖处理印染废水研究进展
壳聚糖处理印染废水研究进展
梁华
【摘 要】壳聚糖具有良好的吸附性能,可用于处理印染废水,但自身存在一些缺陷,限制了进一步应用.综述了壳聚糖的形貌控制、复合改性等方法及在处理印染废水方面的研究进展,并对壳聚糖处理印染废水的发展方向作了展望.
【期刊名称】《印染助剂》
【年(卷),期】2018(035)011
【总页数】4页(P1-4)
【关键词】壳聚糖;印染废水;形貌控制;复合改性
【作 者】梁华
【作者单位】南昌理工学院,江西南昌 330000
【正文语种】中 文
【中图分类】X79
随着经济的快速发展，印染行业的规模持续扩大，随之而来的印染废水处理问题也日益突出［1-2］。印染废水是加工棉、麻、化纤等纺织产品过程中产生的废水，由于工艺、原料、产品的差异，印染废水的成分复杂多变，通常含有染料、助剂、活性剂、油脂、化纤及各种离子等［3］。印染废水排放量大，有毒有机物含量高，pH变化大，加上近年来各种新型染料和助剂的使用，其处理变得更加困难［4］。目前，常用的印染废水处理方法有吸附法、生物降解法、化学法等［5］。其中，吸附法能够快速简便地去除有毒污染物，成本低廉，无有毒副产物，设计方便，操作简单，适合大规模应用［6］。吸附材料的选择是吸附法的核心，吸附材料需要具有很强的吸附能力、良好的解吸效率，如果仅进行吸附而不进行洗脱，不仅浪费吸附材料，而且会造成严重的二次污染［7］。
壳聚糖是一种天然线性大分子多糖，结构式如下所示，其中存在大量游离态的氨基和羟基，能够与重金属离子发生配位反应，可吸附印染废水中的多种污染物［8］。壳聚糖主要来源于蟹虾等无脊椎动物外壳及藻类、菌类的细胞壁，来源广泛，价格低廉，无二次污染，是一种较为理想的吸附材料［9］。
1 未改性壳聚糖
壳聚糖分子链上有大量羟基和氨基，在污水处理中不仅作为吸附剂，还能作为絮凝剂、助凝剂和重金属螯合剂，具有较好的污水处理能力。Dotto等［6］以虾壳废弃物为原料，成功制备出壳聚糖并研究了最佳吸附条件：pH=3，搅拌转速150
壳聚糖水溶胶的制备与应用
壳聚糖水溶胶的制备与应用
摘要：壳聚糖是一种聚阳离子的生物二聚体，具有良好的组织相客性、生物可降解性和粘附性，在医学、生物学领域得到了深入的研究和广泛的应用。温敏性壳聚糖甘油磷酸钠是一种pH值中性的、在室温或低于室温时可长期保持液态、温度迭体温时可凝胶化的材料，有望成为药物，尤其是生物大分子制荆的载体和细胞支架材料。该文介绍了温敏性壳聚糖水凝胶的制备、特性、机制和应用等方面的研究进展。
关键词：壳聚糖；水凝胶；制备；应用
一、 壳聚糖水溶胶的制备
1、壳聚糖
壳聚糖(chitosan)是由自然界广泛存在的几丁质(chitin)经过脱乙酰作用得到的，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖这种聚阳离子的生物二聚体主要通过对几丁质脱乙酰基获得。而几丁质则主要来
自虾、蟹 的外壳口。由于来源广泛，无毒性、具有良好的组织相容性、生物可降解性 和粘附作用等，该材料在医学、生物学领域得到了深入研究和广泛应用。壳聚糖在中性和碱性环境下不溶解。Singer等发现使脱乙酰度为 85 的壳聚糖溶解的最高 pH值为 6．2，超过此值就会出现水凝胶样沉淀。
2、壳聚糖水凝胶的制备
壳聚糖可通过化学和物理的方法交联制备成水凝胶。
2． 1化学交联 化学交联主要是通过化学交联剂反应形成三维结构，但交联剂一般都具有生物毒性，因此在应用前要尽量去除剩余的交联剂单体。.
Wang等用戊二醛交联制备聚乙烯醇／壳聚糖半互穿网络水凝胶，讨论了交联的机理、成键过程(西夫碱) 。水凝胶形成过程中，西夫碱是通过壳聚糖的氨基和戊二醛的醛基反应生成的。加入聚乙烯醇(PVA) 是为了增强水凝胶的机械性能。吴国杰等将壳聚糖分别与聚醚、聚乙烯醇通过交联剂戊二醛制备聚醚一壳聚糖水凝胶和聚乙烯醇一壳聚糖水凝胶，并对它们的溶胀性能和机械性能进行了研究。
Mahdavinia等将丙烯酸和丙烯酰胺加入到壳聚糖中，以过硫酸钾(KPS)作为基本引发荆，亚甲基二丙烯酰胺(MBA)作为交联剂制成水凝胶，研究了该水凝胶的结构和溶胀性能。
壳聚糖的化学名称
壳聚糖的化学名称
壳聚糖的化学名称为N-乙酰葡聚糖，是一种天然的多糖类化合物。它由葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接而成。壳聚糖在自然界中广泛存在，包括虾壳、蟹壳、贝壳等海洋生物的外壳中。
壳聚糖具有多种独特的化学性质和生物功能。首先，壳聚糖具有良好的生物相容性和生物可降解性，可被人体内的酶降解成无毒的物质，不会对人体造成任何不良反应。其次，壳聚糖具有优秀的吸附性能和离子交换性能，能够吸附和去除水中的金属离子、染料、有机物等污染物。此外，壳聚糖还具有良好的膜形成性能，可用于制备膜材料，广泛应用于水处理、生物医学、食品工业等领域。
壳聚糖还可以通过化学修饰或改性得到不同的功能材料。例如，通过引入阳离子官能团，可以制备具有吸附和杀菌功能的壳聚糖材料；通过引入羟基磷酸根，可以制备具有骨组织工程应用潜力的壳聚糖材料。此外，壳聚糖还可以与其他功能材料复合，形成具有多种功能的复合材料，例如壳聚糖/明胶复合凝胶用于药物缓释、壳聚糖/纳米颗粒复合材料用于生物成像等。
壳聚糖作为一种重要的天然多糖类化合物，具有多种独特的化学性质和生物功能，广泛应用于水处理、生物医学、食品工业等领域。通过化学修饰和复合等手段，可以获得不同功能的壳聚糖材料，为解决环境污染、药物缓释、组织工程等问题提供了新的思路和方法。壳聚糖的研究和应用前景广阔，对于推动相关领域的发展具有重要意义。
壳聚糖在造纸中的应用
壳聚糖在造纸中的应用
壳聚糖在造纸工业中有广泛的应用。以下是一些常见的应用：
1. 壳聚糖作为湿强剂：壳聚糖可以增强纸张的湿强度，改善纸张的物理性能。它可以与纤维表面形成氢键和相互作用力，提高纤维之间的结合力，从而增加纸张的强度和耐久性。
2. 壳聚糖作为保水剂：壳聚糖具有良好的保水性能，可以在纸张生产过程中起到保水的作用。它可以吸附纤维和填充料上的水分，防止纸张在制造过程中过早干燥，提高纸张的质量。
3. 壳聚糖与阴离子物质的复合应用：壳聚糖可以与阴离子物质（如淀粉）形成复合物，用于纸张的表面涂覆。这种复合物可以增加纸张的表面强度和耐水性，改善纸张的印刷性能和墨迹固着性。
4. 壳聚糖作为树脂改性剂：壳聚糖可以与树脂（如聚乙烯醇）进行反应，形成壳聚糖树脂改性剂。这种改性剂可以增加纸张的强度、耐久性和抗水性，提高纸张的质量。
总之，壳聚糖在造纸工业中的应用主要是通过增强纸张的湿强度、保水性能和表面性能，改善纸张的物理性能和印刷性能，提高纸张的质量和使用寿命。
壳聚糖的改性研究进展及其应用
壳聚糖的改性研究进展及其应用
壳聚糖是一种天然高分子材料，由于其具有良好的生物相容性、生物活性和生物降解性，因此在工业、生物医学等领域得到了广泛的应用。然而，壳聚糖也存在一些不足之处，如水溶性差、稳定性低等，因此需要对壳聚糖进行改性研究，以提高其性能和应用范围。
壳聚糖的改性方法主要包括化学改性和物理改性。化学改性是通过化学反应改变壳聚糖的分子结构，从而提高其性能。例如，通过引入疏水基团可以改善壳聚糖的水溶性和生物相容性。物理改性则是通过物理手段改变壳聚糖的形态、结构等因素，以达到提高性能的目的。例如，通过球磨法可以制备壳聚糖纳米粒子，从而提高其在生物医学领域的应用效果。
目前，壳聚糖的改性研究已经取得了显著的进展。然而，仍存在一些问题和挑战。其中，如何保持壳聚糖的生物活性是改性过程中面临的重要问题。改性后的壳聚糖可能会出现新的毒性问题，因此需要进行深入的毒性研究。未来，随着壳聚糖改性技术的不断发展，相信这些问题将逐渐得到解决。
壳聚糖在工业、生物医学等领域有着广泛的应用。在工业领域，壳聚糖可用于制备环保材料、化妆品添加剂、印染助剂等。例如，通过接枝共聚将壳聚糖与聚丙烯酸制成高分子复合材料，可用于制备可生物降解的塑料袋等环保材料。在生物医学领域，壳聚糖可用于药物传递、组织工程、生物传感器等方面。例如，利用壳聚糖制备的药物载体能够实现药物的定向传递，提高药物的疗效并降低毒副作用。
在生物医学领域，壳聚糖还可用于组织工程。通过将壳聚糖与胶原等生物活性物质结合，可以制备出具有良好生物相容性和生物活性的组织工程支架。这些支架可为细胞生长提供适宜的微环境，促进组织的再生和修复。壳聚糖还可用于制备生物传感器，用于检测生物分子和有害物质。例如，将壳聚糖与酶或抗体结合制成生物传感器，可实现对血糖、胆固醇等生物分子和有害物质的快速、灵敏检测。
壳聚糖作为一种天然高分子材料，具有良好的生物相容性、生物活性和生物降解性，在工业、生物医学等领域得到了广泛的应用。通过对壳聚糖进行改性研究，可以进一步提高其性能和应用范围。目前，壳聚糖的改性研究已经取得了显著的进展，但仍存在一些问题和挑战。未来，随着壳聚糖改性技术的不断发展，相信其将在更多领域得到应用，并为人类带来更多的益处。
甲壳素及壳聚糖的制备与利用
甲壳素及壳聚糖的制备与利用
甲壳素和壳聚糖是生物多糖，具有广泛的应用。它们主要来源于海洋生物，如海藻、海参、单细胞藻类等，也可以从非海洋生物中分离纯化而来，如硅藻中的甲壳素，以及禾谷科植物的壳聚糖。
甲壳素和壳聚糖的制备方法包括离子交换法、溶剂萃取法、乳化-凝胶法、气相法、水解法等，但以水解法为主，因其简便性、成本低廉、效率高、成品纯度高等优势。在水解中，一般采用酶进行水解，如α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶等，也可以采用酸性碱性溶液进行水解。
利用甲壳素和壳聚糖可以制备各种复合材料，如复合膜、复合无纺布、复合涂料等，具有良好的抗水蚀性能、抗紫外线性能、耐腐蚀性能等，可用于食品包装、水处理、生物医学等领域。此外，它们还可以用于制备含有药物的纳米粒子、纳米复合材料、纳米纤维素以及药物输送体系等，以及制备生物活性物质、抗菌剂、抗炎剂、抗癌剂等。
纳米TiO2／壳聚糖催化超声降解染料废水
・６２・ 广州化工 ２０１０年３８卷第１期
纳米ＴｉＯ２／壳聚糖催化超声降解染料废水
黄利强，郭松林，黄文树
（集美大学水产学院，福建厦门３６１０２１）
摘要：制备了纳米二氧化钛／壳聚糖复合材料并利用ＩＲ、ＸＲＤ对其结构进行了剖析，以甲基橙超声降解反应为模型，研究了
纳米ＴｉＯ ／壳聚糖催化超声降解染料废水的性能，结果表明在ＴｉＯ：／壳聚糖催化下甲基橙超声降解的效果非常明显，在超声波频率４０ ｋＨｚ，输出功率５０ ｗ，催化剂用量１．０ ｇ／Ｌ，ｐＨ为７．０，６０ ｍｉｎ降解率可达到９０％以上，纳米ＴｉＯ ／壳聚糖催化超声降解有机污染物的
方法具有较好的应用前景。
关键词：ＴｉＯ ；壳聚糖；甲基橙；超声降解
Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｔｈｙｌ Ｏｒａｎｇｅ Ｄｙｅ Ｗａｓｔｅｒｗａｔｅｒ
Ｃａｔａｌｙｚｅｄ ｂｙ Ｎａｎｏ—ＴｉＯ２／ｃｈｉｔｏｓａｎ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
ＨＵＡＮＧ Ｌｉ—ｑｉａｎｇ，ＧＵＯ ＳＤｎｇ—ｌｉｎ，ＨＵＡＮＧ Ｗｅｎ—ｓｈｕ
（Ｆｉｓｈｅｒｉｅｓ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉｍｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｊｉａｎ Ｘｉａｍｅｎ ３６１０２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎａｎｏ—ＴｉＯ２／ｃｈｉｔｏｓａｎ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｃａｔａｌｙｓｔｓ ｗａｓ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ａｎｄ ｉｔｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｗａｓ
ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ＩＲ ａｎｄ ＸＲＤ．Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔｈｙｌ ｏｒａｎｇｅ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ ｎａｎｏ—ＴｉＯ２／ｅｈｉｔｏｓａｎ ｃａｔａｌｙｓｔ ｗｅｒｅ
ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｍｏｒｅ ｏｂｖｉｏｕｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ １．０ｇ／Ｌ
壳聚糖-金属复合材料吸附磷酸根的研究进展
壳聚糖-金属复合材料吸附磷酸根的研究进展
周成勇1∗ 赵冰冰2,3 邓东阳2 陈桂华2 黄忠辉2 尹文华2 孙行荣2 鞠勇明2(1.长治学院,山西长治046000;2.生态环境部华南环境科学研究所,广东广州510000;3.山西师范大学,山西临汾041000)
摘要:过量排放磷元素引起的水体富营养化现象是当前人们高度关注的环境问题,吸附法去除水中磷污染物成为研究热点。壳聚糖是一种来源广泛、无毒的天然多胺糖吸附剂,利用金属离子对壳聚糖改性能够显著提高其对磷酸根的吸附量,实现水中磷酸盐的高效去除。综述了国内外有关壳聚糖-金属复合吸附剂去除水中磷污染物的研究进展,从壳聚糖-金属复合吸附剂材料的制备工艺、吸附效果及影响因素和磷酸根去除机理三方面进行阐述,对壳聚糖-金属复合吸附剂在未来去除水中磷污染物的发展进行了展望。关键词:壳聚糖;金属;磷酸根;吸附剂
REVIEWOFCHITOSAN-METALCOMPOSITES-BASEDADSORPTIONOFPHOSPHATEANIONS
ZhouChengyong1∗ ZhaoBingbing2,3 DengDongyang2 ChenGuihua2 HuangZhonghui2 YinWenhua2 SunXingrong2 JuYongming2(1.ChangzhiUniversity,Changzhi046000,China;2.SouthChinaInstituteofEnvironmentalScience,MinistryofEcologyandEnvironment,Guangzhou510655,China;3.ShanxiNormalUniversity,Linfen041004,China)
Abstract:Eutrophicationcausedbyexcessivedischargeofwastewatercontainingphosphorusisahighlyconcernedenvironmentalproblem.Removalofphosphoruspollutantsfromwaterbyadsorptionmethodhasbecamearesearchhotspot.Chitosanisakindofnaturalpolysaccharideadsorbentfromavarietyofsourcesandnon-toxicity.Modificationofchitosanwithmetalionscansignificantlyimproveitsphosphateadsorptioncapacityandachieveefficientremovalofphosphateanionsfromwater.Inthispaper,theresearchprogressofphosphorusremovalbychitosan-metalcompositeadsorbentshasbeenreviewed,andthepreparationtechniquesofchitosan-metalcompositematerials,thefactorsinfluencingadsorptionprocess,andthemechanismofphosphateremovalwerediscussedindetail,theprospectofchitosan-metalcompositeadsorbentsintheremovalofphosphoruspollutantswasalsodiscussed.Keywords:chitosan;metal;phosphate;adsorbent
壳聚糖的结构特点及应用领域
壳聚糖的结构特点及应用领域
壳聚糖是一种生物可降解的天然聚合物，由葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接而成。它具有特殊的结构特点和优良的物理化学性质，因此在多个应用领域具有广泛的应用前景。
壳聚糖具有多种结构特点。首先，壳聚糖分子中含有大量的氨基基团，这使得它具有良好的溶胀性和生物相容性，能够与许多生物组织和细胞相互作用。其次，壳聚糖在接枝或修饰后可以引入不同的官能团，从而赋予其特殊的化学性质。此外，壳聚糖分子中的氢键和静电相互作用使其具有较高的结晶性，从而产生一定的机械强度和稳定性。
在医药领域，壳聚糖具有广泛的应用。首先，作为一种生物可降解的材料，壳聚糖被广泛应用于药物输送系统中。通过改变壳聚糖分子的结构和化学性质，可以制备出载药微球、纳米粒子等药物输送系统，实现药物的缓释、靶向传递和保护等功能。其次，壳聚糖还具有良好的组织相容性和生物降解性，可以用于修复和再生组织工程领域。例如，壳聚糖可以作为修复软骨和骨组织的支架材料，帮助组织修复和再生。此外，壳聚糖还可以用于制备人工血管和人工皮肤等生物医学材料。
在食品工业中，壳聚糖也有着重要的应用。壳聚糖具有良好的抗菌性能，可以用作食品保鲜剂。研究表明，壳聚糖对多种细菌和真菌都具有良好的抑制作用，可以有效保护食品免受微生物污染和腐败。此外，壳聚糖还可以用作食品添加剂，具有增稠、乳化、稳定和成膜等功能。例如，壳聚糖可以被添加到果汁、酱料和糕点等食品中，提高其质地和稳定性。
此外，在环境保护领域，壳聚糖也有着潜在的应用价值。由于其良好的吸附性能和生物降解性，壳聚糖可以作为吸附剂用于废水处理和环境污染物的去除。研究表明，壳聚糖对重金属离子、染料和有机污染物等具有良好的吸附能力，可以有效净化废水。此外，壳聚糖还可以用于制备可降解的环境友好型材料，如生物降解塑料袋和包装材料。 综上所述，壳聚糖具有独特的结构特点和优良的物理化学性质，使其在医药、食品和环境保护等多个领域具有广泛的应用前景。通过进一步研究和开发，壳聚糖在未来可能会有更多的应用领域和更广阔的发展前景。
《壳聚糖的改性及其对重金属离子的吸附研究》
《壳聚糖的改性及其对重金属离子的吸附研究》
一、引言
壳聚糖是一种天然的、可再生的多糖，具有优良的生物相容性和生物降解性。近年来，壳聚糖因其独特的物理化学性质在众多领域中得到了广泛的应用，特别是在重金属离子吸附领域。然而，原始的壳聚糖在吸附过程中往往存在吸附能力有限、选择性差等问题。因此，对壳聚糖进行改性以提高其吸附性能成为了一个重要的研究方向。本文将重点探讨壳聚糖的改性方法及其对重金属离子的吸附性能研究。
二、壳聚糖的改性
1. 化学改性
化学改性是壳聚糖改性的一种重要方法。常见的化学改性包括羧甲基化、季铵化、磺化等。这些改性方法可以改变壳聚糖的分子结构，提高其与重金属离子的结合能力。例如，羧甲基化可以引入更多的负电荷基团，增强壳聚糖对重金属离子的静电吸附作用；季铵化则可以提高壳聚糖的阳离子性质，使其更易于与带有负电荷的重金属离子结合。
2. 物理改性
物理改性是通过物理手段改变壳聚糖的形态、结构或表面性质，从而提高其吸附性能。常见的物理改性方法包括交联、共混、纳米化等。交联可以增强壳聚糖的稳定性，提高其抗溶胀性能；共混则可以将壳聚糖与其他吸附材料混合，形成具有更好吸附性能的复合材料；纳米化则可以将壳聚糖制备成纳米级颗粒，提高其比表面积和吸附速率。
三、对重金属离子的吸附研究
1. 吸附机理
壳聚糖及其改性产物对重金属离子的吸附机理主要包括静电作用、配位作用和离子交换作用等。在溶液中，壳聚糖分子上的氨基、羟基等基团可以与重金属离子发生配位作用或静电作用，从而将重金属离子吸附在壳聚糖分子上。此外，壳聚糖还可以通过离子交换作用与溶液中的其他离子进行交换，从而实现对重金属离子的吸附。
2. 影响因素
壳聚糖对重金属离子的吸附性能受多种因素影响，包括pH值、温度、时间、浓度等。pH值是影响吸附性能的重要因素之一，不同pH值下壳聚糖分子上的基团电性不同，从而影响其与重金属离子的相互作用。温度和时间是影响吸附速率和平衡的重要因素。此外，重金属离子的浓度也会影响壳聚糖的吸附性能，浓度越高，吸附量越大。