殼聚糖吸附材料的研究進展

劉富強 韓業鑫 營口理工學院 盛虹煉化（連云港）有限公司 李虎 甘文靜 劉燦 李靖平 張丹 吳曉 營口理工學院

殼聚糖的研究主要包含兩方面內容，一方面是殼聚糖的改性方法，包括物理改性、化學改性、復合改性和生物改性。物理改性是對其立體構架進行改變，增加其吸附性能。化學改性包括酰基化、烷基化和接枝共聚改性。復合改性包括季銨鹽化、羧甲基化、席夫堿和巰基化改性。生物改性主要運用生物酶法進行改性。另一方面是殼聚糖及其衍生物在廢水中的應用，包括在紡織廢水中、食品加工廢水中以及含油廢水中的應用。殼聚糖及其衍生物可以在醫藥領域和化妝品領域中應用。重金屬具有很強的毒性、在人體內易富集且存在難排除體外等問題，如果進入到人體內，將會極大的危害到我們的健康。因此，重金屬離子廢水的治理是目前急需解決的問題。

殼聚糖原料易得，來源豐富，海洋低等節肢類動物中含有甲殼素，例如蟹、蝦等。甲殼素來源如此廣泛，可以說明殼聚糖是取之不盡，用之不竭。殼聚糖容易被生物降解，擁有良好的生物相容性，在重金屬污水處理方面有廣泛的應用。由于殼聚糖分子在酸溶液中不穩定，而穩定存在堿性和中性水溶液中。

故將殼聚糖材料應用于在酸性環境中吸附重金屬離子時，殼聚糖易生成帶有正電荷的銨根離子，它與污水中金屬陽離子產生排斥作用，從而降低了殼聚糖吸附性能。因此，為了改善其性能，增大殼聚糖材料的應用范圍，而對殼聚糖的改性研究成為重中之重。本文中將從3 個產品類型出發，分別介紹殼聚糖改性材料、殼聚糖凝膠材料以及磁性殼聚糖微球研究特點以及最新的研究成果，并總結討論了殼聚糖吸附材料的未來發展方向。

一、殼聚糖改性材料的發展

目前，殼聚糖改性材料主要研究不同的材料與殼聚糖進行復合，得到的新材料與殼聚糖進行吸附性能對比。李姣[1]采用了殼聚糖交聯改性的方法，對廢水中金屬離子進行吸附，結果表明：在吸附劑用量相同時改性材料的吸附效率明顯高于殼聚糖單獨吸附的效率，但是這種材料的可再生性并不好。甄豪波對這個問題進行了深入的研究，他們將殼聚糖制備成小球形狀并與沸石制備了殼聚糖沸石的復合材料。結果表明：新材料的再生性顯著提高，但是該吸附劑對使用條件有一定要求，需要在pH=5 的情況下使用。

水污染越來越嚴重，需要人為的來干涉進行污水的凈化處理。殼聚糖及其衍生物能夠除去廢水中的重金屬離子和有機物等有害物質。在食品加工中會產生很多廢物，例如，過期的食品、殘留的中間產物、廢棄的副產物等等，這些物質的都會給環境帶來很大的危害。

殼聚糖改性材料可以運用到醫藥方面，殼聚糖能夠與其他的物質組合成顆粒，來修復一些受傷的組織。其次是此材料能夠形成藥物的載體，將藥物運輸到我們的體內，使其能夠回收再利用。殼聚糖改性材料能用于紡織行業，主要是殼聚糖及其衍生物能夠有很好的抗菌效果，主要是殼聚糖能夠在紡織品經過很多次的清洗，最后會存在。殼聚糖這種良好的抑菌作用會讓殼聚糖在此行業大范圍應用。其次殼聚糖及其衍生物能夠除去染料廢水中的有機物以及重金屬。殼聚糖還可以在畜牧業中得到運用，最直接的運用是在牲畜所需食物上的運用，可以將食物中的脂類等非必須的物質吸收出來。然后殼聚糖進入到了牲畜體內，能夠促進牲畜的消化吸收。殼聚糖還能用到食品中，它的成膜效果可以用來被當作保鮮膜，能夠抑制細菌，擁有一定的防腐作用。殼聚糖還可以在化妝品上應用。它有生物相容性和抗氧性，這樣會在化妝品中得到利用。

二、殼聚糖凝膠材料的發展

為了提高殼聚糖材料的可再生性，逐漸制備出了殼聚糖水凝膠材料。陸泉芳等[2]采用輝光放電電解等離子體技術，以殼聚糖和丙烯酸為基礎制備了新型殼聚糖水凝膠材料。該水凝膠在反復吸收解吸4 次之后，吸附量沒有發生太大改變，證明了該水凝膠具有優良的再生性。俞潔等[3]通過對殼聚糖的改性制備了殼聚糖水凝膠材料。該材料對多種金屬離子具有吸附效果，結果表明：該材料吸附性能最佳pH 值為4.8，在含有多種金屬離子的混合溶液中，該材料能夠對Cu2+具有吸附作用；可用EDTA 洗脫液將該材料進行洗脫，提高了該材料的可再生性。

三、磁性殼聚糖材料的發展

有關磁性殼聚糖材料的發展，彭慶慶[4]分別利用磁性啤酒酵母菌，磁性水葫蘆生物炭和纖維素這三種原料與殼聚糖經行混合制備出了三種新型的磁性殼聚糖吸附材料。實驗結果表明：磁性酵母菌殼聚糖材料在pH=4.5 時吸附效果最佳吸附效率遠超同類材料，磁性水葫蘆生物碳殼聚糖材料對鉻吸附性能良好，但是pH 值這種材料的吸附效率有很大影響，纖維素殼聚糖材料相比于未改性的殼聚糖具有很高的比表面積和機械強度，對于鉻離子的吸附效率顯著提高且吸附效率隨著時間的增長而增加。顏世強等[5]以使用多聚磷酸鈉作為交聯劑，通過離子交聯法將殼聚糖和納米Fe3O4合成為一種新的納米磁性殼聚糖微球材料，實驗結果表明：該材料的吸附金屬離子效率極高，并且造價相對與同類產品明顯降低，在該材料的溶液中細胞存活率為100%證明了該材料具有良好的生物相容性，具有一定的商業價值但是該材料的吸附離子種類依舊不多。為了增加材料的泛用性，蒲生彥等[6]經過大量研究以殼聚糖和Fe2+，Fe3+離子為原料制備了新型殼聚糖凝膠微珠材料。結果表明：新型材料可以對多種金屬進行較為良好的吸附，吸附容量隨著pH 的增大而增加，該在材料一定程度上減少了pH 值對吸附效率造成的波動。

四、結論

文章羅列出來了殼聚糖的相關特性，殼聚糖在廢水處理方面，能夠成為很好的材料，殼聚糖的無毒性質在這里得到了很好的應用。雖然現在的研究情況對吸附離子種類仍然不是很多。殼聚糖的形態可以是水凝膠，可以是殼聚糖微球，還可以是納米級殼聚糖，這些都可以在廢水中存在，最終形成絡合物，達到了凈化廢水的作用。現在主要突破的難點，主要是吸附單一重金屬離子，對環境友好的材料。絕大多數的殼聚糖吸附材料仍被吸附離子種類少、pH 值的影響和可再生性差等問題所束縛，但是我相信在未來殼聚糖會全面的應用。將他開發到極致，能夠應用到更廣闊領域的中，得到人們的重視。希望殼聚糖能夠為人們的生產、生活提供更好服務。