淺談殼聚糖在廢水處理中的應用

徐國強++孫爽++孫重陽

摘 要：殼聚糖是一種對環境友好同時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廢水，安全無毒、可生物降解、無二次污染。本文通過殼聚糖性質的研究介紹了殼聚糖在廢水處理方面具有廣泛的應用前景。

關鍵詞：殼聚糖；廢水處理；應用

一、殼聚糖

殼聚糖是甲殼素經化學法處理脫乙?；蟮漠a物，是至今發現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，相對穩定性越低，但機械強度增大，生物相容性增加，吸附作用增強。殼聚糖對許多物質具有螯合吸附作用，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）能形成穩定的螯合物，用于治理重金屬廢水、凈化自來水及在濕法冶金中分離金屬離子等。此外，殼聚糖能通過絡合及離子交換的作用，對染料、蛋白質、氨基酸、核酸、酶、鹵素等進行吸附，用于染料廢水、印染廢水、食品工業廢水的處理，從而凈化環境，保護人類健康。

二、殼聚糖的性質

（一）殼聚糖的物理性質

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，無味、無臭、無毒性，純殼聚糖略帶珍珠光澤。生物體中甲殼素的相對分子質量為1×106～2×106，經提取后甲殼素化學名：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）殼聚糖的化學性質

在特定的條件下，殼聚糖能發生水解、烷基化、酰基化、羧甲基化、磺化、硝化、鹵化、氧化、還原、縮合和絡合等化學反應，可生成各種具有不同性能的殼聚糖衍生物，從而擴大了殼聚糖的應用范圍。

殼聚糖大分子中有活潑的羥基和氨基，它們具有較強的化學反應能力。在堿性條件下C-6上的羥基可以發生如下反應：羥乙基化—殼聚糖與環氧乙烷進行反應，可得羥乙基化的衍生物。羧甲基化—殼聚糖與氯乙酸反應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生成磺酸酯。氰乙基化—丙烯腈和殼聚糖可發生加成反應，生成氰乙基化的衍生物。

上述反應在甲殼素和殼聚糖中引入了大的側基，破壞了其結晶結構，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的性質。

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

殼聚糖對許多物質具有螯合吸附作用，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）能形成穩定的螯合物，用于治理重金屬廢水、凈化自來水及在濕法冶金中分離金屬離子等。此外，殼聚糖能通過絡合及離子交換的作用，對染料、蛋白質、氨基酸、核酸、酶、鹵素等進行吸附，用于染料廢水、印染廢水、食品工業廢水的處理，從而凈化環境，保護人類健康。

三、殼聚糖的應用

（一）在印染廢水處理中的應用

目前，印染廢水的處理技術主要有絮凝法、吸附法。在絮凝法中，傳統無機絮凝劑對水溶性染料或分子量較小的染料處理效果往往不能達標；而高分子絮凝劑因為具有投加量少、污泥脫水容易等優點，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印染廢水絮凝處理，并且與殼聚糖的絮凝效果的進行了比較，結果表明，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，當丙烯酰胺與殼聚糖接枝共聚物濃度為100mg/L時，對印染廢水的COD去除率分別為最好。

（二）在食品工業廢水處理中的應用

在生產魚粉時，熟魚壓榨出來的液體中含有懸浮的碎魚肉，雖然經過高速離心，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，增加魚粉的收率，并且COD的去除率達到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，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，COD去除率可達75%以上。較高濃度時的絮凝效果優于低濃度時，適當延長緩慢攪拌時間，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進一步降低。石中亮等將殼聚糖處理制漿造紙廢水，發現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，選擇過硫酸銨-亞硫酸氫鈉為引發劑，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，應用于造紙廢液處理對COD去除率達到52.0%。

（四）城市污水處理中的應用

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

四、結語

總之，殼聚糖及其衍生物有著優越的性能，最大的優點是可生物降解， 同時兼具多種特性，是綠色的水處理劑，而且中國殼聚糖的資源極為豐富， 探索其在工業廢水處理中的應用有著重要的價值。隨著對殼聚糖及其衍生物研究的不斷深入，特別是合成性能優良的改性殼聚糖，以及加強與其他技術的復合使用，殼聚糖及其衍生物終將成為二十一世紀環境污染治理中的一項重要內容。