殼聚糖仿生合成納米復合材料及其生態環境修復性能的研究

崔海波，常永芳

(1.石家莊職業技術學院，河北 石家莊 050081；2.石家莊學院，河北 石家莊 050035)

殼聚糖特殊的化學結構,使其具有許多優良的物質功能被廣泛地應用到人們日常生活中的各個領域。以下是我在殼聚糖仿生合成納米復合材料及其生態環境修復性能的研究的一些成果。

1 殼聚糖膜系列仿生復合材料產品

1.1 殼聚糖反滲透膜

反滲透膜具有較高的通量和選擇性，尤其是對二價金屬鹽的脫效果更佳。李秀等制備了殼聚糖的均質膜，并用2,4-甲苯二異氰酸酯與之聯后用作反滲透膜。研究結果表明:隨著殼聚糖脫乙酰度的增大，膜的脫擊提高，而水的通量下降。交聯膜不溶于酸和堿,其脫鹽率高于均質膜，想情況下，其脫鹽率可達98.7%殼聚糖反滲透膜對堿土金屬鹽的脫除能力高于對堿金屬的脫除能力，而且殼聚糖膜能耐強堿，交聯后具有耐酸性，不易繁衍微生物,因此較醋酸纖維素膜和聚酰胺膜等而言，它是更優越的硬水軟化的反滲透膜。殼聚糖反滲透膜的研究報道目前還比較少。

1.2 殼聚糖超濾膜

由殼聚糖制備的超濾膜，對尿素、尿酸、葡鶴精等顯示出良好的滲透性能，但膜強度較差。N-酰基殼聚糖馮冰凌等以戊二醛、TRC為添加劑，在一定濃度和溫度的沉淀浴中進行凝膠處理，制備出具有一定強度和抗水溶脹性好的殼聚糖超濾膜。

2 殼聚糖膜系列仿生復合材料在是食品廢水處理方面的應用

殼聚糖是自然界唯一一種帶正電荷的高分子聚合物，無毒無味，可生物降不會造成二次污染，是一種優良的絮凝劑。目前,其作為絮凝劑已在食C業中獲得應用。其作為絮凝劑主要有2種用途:一是作為加工助劑，固液分離，從濃縮的液體產品中除去懸浮的固體微粒,增加透明度,提高產品質量;或者從溶液中分離出懸浮的固體產品的微粒,提高固體產品率。二是作為絮凝劑處理食品加工廠的廢水,回收蛋白質作為動物飼料減少污染。殼聚糖因其天然、無毒、安全性，除可進行廢水處理外，還可用于飲用凈化。

3 殼聚糖磁性復合材料在水處理中應用的進展

3.1 殼聚糖磁性復合材料在處理含重金屬廢水方面的應用

將殼聚糖與磁性顆粒進行復合后，在處理重金屬污水時有廣泛的用途。YANG Wei-chun等人用簡單一步法合成磁性殼聚糖并將其用于Cr6+的吸附，隨著殼聚糖質子化度的提高，Cr6+吸附容量也從10.771mg/g增加到21.040mg/g，最佳吸附pH范圍為3～5[6]。胡曼等人研究Fe3O4復合改性殼聚糖對Pb2+吸附性能的影響，結果表明，該磁性殼聚糖微粒對Pb2+離子的吸附性能得到很大的提高，當吸附時間為80min，溶液pH值為4.5，溫度為25℃時，廢水中Pb2+去除率可達99%以上[7]。

3.2 殼聚糖磁性顆粒在水處理中的作用機理

首先，根據殼聚糖磁性顆粒本身的結構特點，多孔以及大的比表面積等，這就使得其在污水凈化上有較佳的吸附效果；再者，由于殼聚糖表面帶有大量的氨基和羥基等官能團，這些活性基團可以對多種重金屬離子產生選擇性的螯合吸附作用，結合氨基螯合樹脂的特性可知，殼聚糖磁性材料對Au3+、Cu2+、Ni2+、Zn2+、Mn2+和Hg2+有較好的選擇性螯合吸附作用；并且，當殼聚糖上的氨基通過質子化而帶正電荷時，其可以吸附帶負電荷物質，如磷酸根離子。

其次，也有研究表明，弱堿離子交換樹脂的原則也可應用于殼聚糖的吸附作用，當殼聚糖的氨基在強酸溶液中先被質子化，并且在反應溶液中負離子濃度較高時，金屬離子便可以與氨基部位進行螯合作用而被吸附。所以，氨基等活性基團對殼聚糖吸附作用具有重要的影響。目前國內外學者通常會對殼聚糖進行交聯、接枝等某種的改性，增加氨基的數量，從而使得吸附劑對重金屬離子和磷的吸附容量得到擴大。

最后，在進行水體凈化的實際操作中，溶液pH值、反應時間、磁性殼聚糖用量與廢水初始濃度比等都具有重要的影響作用。其中pH值是最重要的影響因素，一般而言對水中重金屬離子或磷吸附的最佳pH值都小于7，過低或過高的pH值都對殼聚糖的吸附性能產生不利影響。

4 結語

目前關于殼聚糖及改性殼聚糖的研究很多，尤其是磁性殼聚糖復合材料的研究，已達到比較深入的階段。然而殼聚糖磁性復合材料的應用目前主要還是針對污水中重金屬離子的去除，對于去除水中磷的研究和應用還比較少，加之關于其去除重金屬與磷的作用機理的研究也不夠。故殼聚糖磁性復合材料在水處理中的研究應用還可以從以下幾個方面進一步展開工作。(1)考慮將用于去除重金屬離子的殼聚糖磁性材料通過某種改性，比如質子化處理，使其同時可去除污水中的磷，制備出能多功能去除水中污染物的殼聚糖磁性復合材料。(2)研究殼聚糖磁性材料去除重金屬和磷的作用機理，考察其質子化處理的pH值、吸附時間、溫度、污水濃度、殼聚糖與磁性顆粒的質量比及均勻度等因素的影響，探討出最佳的因素組合。(3)在保證殼聚糖磁性復合材料功能基團含量的條件下，降低微球大小而提高吸附性能。(4)探索新的復合材料制備工藝，增加其飽和磁感應強度及磁穩定性能，以提高其分子回收性能，為其規模化應用的實現提供技術支持。

參考文獻：

[1] 姚瑞華，孟范平，張龍軍，等.改性殼聚糖對重金屬離子的吸附研究和應用進展[J].材料導報，2008，22(4)：65-70.

[2] 杜雪巖，路翠萍，馬應霞，等.磁性微/納米材料處理水溶液中金屬離子研究進展[J].材料導報，2013，27(23)：66-70.

[3] 羅道成，易平貴，劉俊峰，等.改性殼聚糖對電鍍廢水中重金屬離子的吸附[J].材料保護，2002，35(1)：11-12.