殼聚糖的絮凝機(jī)理及其影響因素

李春泉

（上海達(dá)源環(huán)境科技工程有限公司上海200092）

殼聚糖由于其無毒無害、具有良好的生物可降解性和絮凝效果、來源廣泛和較低的使用成本而在水處理領(lǐng)域有著廣泛的研究[1]。但是，殼聚糖在水處理中的工程案例不多，且其容易受到反應(yīng)條件的影響，下面將著重討論殼聚糖的絮凝機(jī)理和影響因素，希望能通過此類分析，為殼聚糖在水處理中的廣泛應(yīng)用提供依據(jù)。

1 絮凝機(jī)理

一般認(rèn)為，殼聚糖的絮凝機(jī)理主要有螯合、電中和和吸附架橋三種作用。這三種作用在具體的水處理使用過中相互作用。

1.1 螯合作用

殼聚糖的螯合作用與它的特殊結(jié)構(gòu)相關(guān)。殼聚糖是一種線性多聚糖，化學(xué)名稱為2-氨基-β-1，4-葡聚糖，分子式為（C6H11NO4）n。每個(gè)單體上含有兩個(gè)羥基和一個(gè)氨基。很多資料表明，殼聚糖對(duì)重金屬具有良好的吸附作用。這些主要?dú)w功于殼聚糖上的氨基活性基團(tuán)以及羥基的共同作用。即氮上的孤對(duì)電子在中性條件下可與金屬離子結(jié)合，以及酸性條件下質(zhì)子化的氨基使殼聚糖帶正電導(dǎo)致對(duì)金屬離子的吸引[2]。殼聚糖吸附金屬離子的機(jī)理不僅通過螯合作用，也可通過靜電作用。如溶液中金屬離子通過配位作用形成陰離子型螯合物，該螯合物能在靜電作用下結(jié)合殼聚糖質(zhì)子化的帶正電的氨基。殼聚糖對(duì)金屬離子的吸附作用不論是螯合作用或是靜電作用，都與溶液的組成、pH息息相關(guān)。在進(jìn)行吸附機(jī)理分析時(shí)，要結(jié)合反應(yīng)條件綜合分析，才能得出正確的結(jié)論，為殼聚糖在金屬廢水中的處理創(chuàng)造良好的理論基礎(chǔ)。

1.2 電中和作用

研究表明，殼聚糖在稀酸的作用下，如鹽酸、甲酸、乙酸等，殼聚糖分子上的氨基被質(zhì)子化，形成-NH3+，使得殼聚糖帶正電，形成一種陽離子高分子絮凝機(jī)。由于污水中很多污染物帶有負(fù)電荷，在電中和的作用下，殼聚糖能有效地降低這些污染物表面的負(fù)電荷，使其脫穩(wěn)，利于沉降[3]。

1.3 吸附架橋作用

對(duì)于殼聚糖而言，吸附架橋往往發(fā)生在靜電作用后，通過靜電作用使廢水中的帶電污染物脫穩(wěn)，脫穩(wěn)的膠體相互聚合形成大的聚體，通過過濾或沉淀去除。例如，在靜電作用下，陽離子型的殼聚糖聚合物容易被吸附在陰離子型無機(jī)物表面形成環(huán)，從而增大了該無機(jī)物與溶液之間的距離。這種在溶液散開的部分與另一個(gè)顆粒的環(huán)相互連接，形成橋連作用[4]。為了增加這種橋連作用，聚合物的鏈要足夠長，殼聚糖的相對(duì)分子量要足夠大。因此，架橋的作用和效率與殼聚糖的相對(duì)分子量和粘度相關(guān)。

通過以上分析得出，殼聚糖的電荷密度、相對(duì)分子量和分子結(jié)構(gòu)對(duì)絮凝效果影響大。

2 絮凝性能影響因素

影響殼聚糖在水處理中效率的主要外在因素有pH值、初始濁度、水力條件、離子濃度、有機(jī)物、空隙度和比表面等等[3,5]。pH主要通過影響殼聚糖的表面電荷進(jìn)而影響其絮凝性能，在利用殼聚糖的電中和為主導(dǎo)作用的反應(yīng)中，需特別注意。初始濁度影響著穩(wěn)態(tài)絮體的直徑，濁度越大，絮體直徑越大，這樣形成脫穩(wěn)絮體的時(shí)間短，效果越好[6]。水力梯度G表征了水流紊動(dòng)程度，亦反映了顆粒的碰撞頻率。為了使殼聚糖和被處理物質(zhì)有更好的接觸機(jī)會(huì)，可以通過試驗(yàn)確定最佳攪拌條件和攪拌時(shí)間。離子濃度對(duì)于電中和作用有較大影響，離子濃度越高，電中和效果越差。反應(yīng)中的其他有機(jī)物，如腐殖酸類物質(zhì)，因產(chǎn)生與殼聚糖相同電荷導(dǎo)致殼聚糖電中和能力下降，進(jìn)而影響絮凝效果[7]。較好的空隙度和較大的比表面積有利于殼聚糖的吸附能力的提高。

3 小結(jié)

從以上分析得知，影響殼聚糖處理效果的因素較多，但是可以根據(jù)殼聚糖的作用機(jī)理以及結(jié)合殼聚糖自身的特點(diǎn)，合理的選擇和設(shè)計(jì)處理?xiàng)l件，從而使殼聚糖的優(yōu)勢得以發(fā)揮。

[1]邢佶勇,et al.,殼聚糖作為絮凝劑的研究進(jìn)展.環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2004(B08):153-155+172.

[2]Elwakeel,K.Z.,Environmental Application of Chitosan Resins for the Treatment of Water and Wastewater:A Review.Journal of Dispersion Science and Technology,2010.31(3):p.273-288.

[3]花蓉蓉,周恭明,and曹大偉,殼聚糖的絮凝性能研究進(jìn)展.化工進(jìn) 展，2008(03):335-339.

[4]Renault,F.,et al.,Chitosan for coagulation/flocculation processes-An eco-friendly approach.European Polymer Journal,2009.45(5):p.1337-1348.

[5]張文清,金鑫榮,and蔡培光,殼聚糖作為吸附絮凝劑的應(yīng)用進(jìn)展.食品工業(yè),1994(04):51-52.

[6]林志艷,陳亮,and陳東輝,殼聚糖絮凝動(dòng)力學(xué)研究.化學(xué)世界,2002(0S1).

[7]Roussy,J.,et al.,Influence of chitosan characteristics on the coagulation and the flocculation of bentonite suspensions.Water Research,2005.39(14):3247-3258.