淺談殼聚糖在廢水處理中的應(yīng)用

徐國(guó)強(qiáng)++孫爽++孫重陽(yáng)

摘 要：殼聚糖是一種對(duì)環(huán)境友好同時(shí)具有多種特性的天然高分子聚合物。以殼聚糖及其衍生物處理工業(yè)廢水，安全無(wú)毒、可生物降解、無(wú)二次污染。本文通過(guò)殼聚糖性質(zhì)的研究介紹了殼聚糖在廢水處理方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：殼聚糖；廢水處理；應(yīng)用

一、殼聚糖

殼聚糖是甲殼素經(jīng)化學(xué)法處理脫乙酰基后的產(chǎn)物，是至今發(fā)現(xiàn)的唯一天然堿性多糖。殼聚糖因制備工藝條件和需求不同，脫乙酰度由60%至100%不等，殼聚糖脫乙酰度越高，相對(duì)穩(wěn)定性越低，但機(jī)械強(qiáng)度增大，生物相容性增加，吸附作用增強(qiáng)。殼聚糖對(duì)許多物質(zhì)具有螯合吸附作用，其分子中的氨基和與氨基相鄰的羥基與許多金屬離子（Hg2+、Pb2+、Cd2+、Ag+等）能形成穩(wěn)定的螯合物，用于治理重金屬?gòu)U水、凈化自來(lái)水及在濕法冶金中分離金屬離子等。此外，殼聚糖能通過(guò)絡(luò)合及離子交換的作用，對(duì)染料、蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸、酶、鹵素等進(jìn)行吸附，用于染料廢水、印染廢水、食品工業(yè)廢水的處理，從而凈化環(huán)境，保護(hù)人類(lèi)健康。

二、殼聚糖的性質(zhì)

（一）殼聚糖的物理性質(zhì)

純甲殼素和純殼聚糖都是一種白色或灰白色半殼聚糖透明的片狀或粉狀固體，無(wú)味、無(wú)臭、無(wú)毒性，純殼聚糖略帶珍珠光澤。生物體中甲殼素的相對(duì)分子質(zhì)量為1×106～2×106，經(jīng)提取后甲殼素化學(xué)名：β-（1→4）-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖，分子式是（C6H11NO4）N，單元體的分子量為161.2。

（二）殼聚糖的化學(xué)性質(zhì)

在特定的條件下，殼聚糖能發(fā)生水解、烷基化、?；?、羧甲基化、磺化、硝化、鹵化、氧化、還原、縮合和絡(luò)合等化學(xué)反應(yīng)，可生成各種具有不同性能的殼聚糖衍生物，從而擴(kuò)大了殼聚糖的應(yīng)用范圍。

殼聚糖大分子中有活潑的羥基和氨基，它們具有較強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)能力。在堿性條件下C-6上的羥基可以發(fā)生如下反應(yīng)：羥乙基化—?dú)ぞ厶桥c環(huán)氧乙烷進(jìn)行反應(yīng)，可得羥乙基化的衍生物。羧甲基化—?dú)ぞ厶桥c氯乙酸反應(yīng)便得羧甲基化的衍生物?；撬狨セ讱に睾蜌ぞ厶桥c纖維素一樣，用堿處理后可與二硫化碳反應(yīng)生成磺酸酯。氰乙基化—丙烯腈和殼聚糖可發(fā)生加成反應(yīng)，生成氰乙基化的衍生物。

上述反應(yīng)在甲殼素和殼聚糖中引入了大的側(cè)基，破壞了其結(jié)晶結(jié)構(gòu)，因而其溶解性提高，可溶于水，羧甲基化衍生物在溶液中顯示出聚電解質(zhì)的性質(zhì)。

因殼聚糖分子中帶有游離氨基，在酸性溶液中易成鹽，呈陽(yáng)離子性質(zhì)。殼聚糖隨其分子中含氨基數(shù)量的增多，其氨基特性越顯著，這正是其獨(dú)特性質(zhì)的所在，由此奠定了殼聚糖的許多生物學(xué)特性及加工特性的基礎(chǔ)。

殼聚糖對(duì)許多物質(zhì)具有螯合吸附作用，其分子中的氨基和與氨基相臨的羥基與許多金屬離子（如Hg2+、pb2+、Ag+等）能形成穩(wěn)定的螯合物，用于治理重金屬?gòu)U水、凈化自來(lái)水及在濕法冶金中分離金屬離子等。此外，殼聚糖能通過(guò)絡(luò)合及離子交換的作用，對(duì)染料、蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸、酶、鹵素等進(jìn)行吸附，用于染料廢水、印染廢水、食品工業(yè)廢水的處理，從而凈化環(huán)境，保護(hù)人類(lèi)健康。

三、殼聚糖的應(yīng)用

（一）在印染廢水處理中的應(yīng)用

目前，印染廢水的處理技術(shù)主要有絮凝法、吸附法。在絮凝法中，傳統(tǒng)無(wú)機(jī)絮凝劑對(duì)水溶性染料或分子量較小的染料處理效果往往不能達(dá)標(biāo)；而高分子絮凝劑因?yàn)榫哂型都恿可?、污泥脫水容易等?yōu)點(diǎn)，所以倍受青睞。林靜雯等研究用丙烯酰胺與殼聚糖接枝共聚物作為絮凝劑對(duì)印染廢水絮凝處理，并且與殼聚糖的絮凝效果的進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，其絮凝效果明顯好于殼聚糖的絮凝效果，在pH值為5～8范圍內(nèi)，當(dāng)丙烯酰胺與殼聚糖接枝共聚物濃度為100mg/L時(shí)，對(duì)印染廢水的COD去除率分別為最好。

（二）在食品工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

在生產(chǎn)魚(yú)粉時(shí)，熟魚(yú)壓榨出來(lái)的液體中含有懸浮的碎魚(yú)肉，雖然經(jīng)過(guò)高速離心，但仍然含有大量的懸浮蛋白膠體顆粒，如果在1000份這種懸浮液中加入35份0.5%殼聚糖的乙酸溶液，懸浮物可以凝集分離，增加魚(yú)粉的收率，并且COD的去除率達(dá)到50%以上。黃慧等研究了以殼聚糖作為絮凝劑絮凝沉降粉絲廢水。結(jié)果表明，絮凝沉降速度快，COD除去率為86%。而且，在pH條件為6.5～8.5時(shí)，濃度比較低濃度的殼聚糖絮凝效果好，煮沸廢水有利于沉降。

（三）在造紙廢水處理中的應(yīng)用

張亞靜等用氯化三甲基殼聚糖季銨鹽作絮凝劑處理造紙廢水，在pH值為8～13時(shí)，COD去除率可達(dá)75%以上。較高濃度時(shí)的絮凝效果優(yōu)于低濃度時(shí)，適當(dāng)延長(zhǎng)緩慢攪拌時(shí)間，能提高絮凝效果；另外殼聚糖季銨鹽與8陰離子絮凝劑配合使用可使廢水COD進(jìn)一步降低。石中亮等將殼聚糖處理制漿造紙廢水，發(fā)現(xiàn)殼聚糖絮凝劑既有較高COD去除率、又可以避免二次污染，有較好的環(huán)保效果。程建華以殼聚糖、丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化銨為原料，選擇過(guò)硫酸銨-亞硫酸氫鈉為引發(fā)劑，EDTA-2Na作為金屬離子螯合劑，合成了殼聚糖接枝丙烯酰胺二甲基二烯丙基氯化銨絮凝劑，應(yīng)用于造紙廢液處理對(duì)COD去除率達(dá)到52.0%。

（四）城市污水處理中的應(yīng)用

曾德芳研究了殼聚糖復(fù)合絮凝劑在不同來(lái)源城市生活污水處理中的應(yīng)用，確定了最佳投加量，它與傳統(tǒng)的絮凝劑相比，COD的去除率提高7%～13%，藥劑添加量減少76%～82%。

四、結(jié)語(yǔ)

總之，殼聚糖及其衍生物有著優(yōu)越的性能，最大的優(yōu)點(diǎn)是可生物降解， 同時(shí)兼具多種特性，是綠色的水處理劑，而且中國(guó)殼聚糖的資源極為豐富， 探索其在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用有著重要的價(jià)值。隨著對(duì)殼聚糖及其衍生物研究的不斷深入，特別是合成性能優(yōu)良的改性殼聚糖，以及加強(qiáng)與其他技術(shù)的復(fù)合使用，殼聚糖及其衍生物終將成為二十一世紀(jì)環(huán)境污染治理中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。