壳聚糖在环保领域中的应用.docx

壳聚糖在环保领域中的应用点击数：271?发布时间：2013年2月22日?来源：【摘要】在常规水处理系统中，使用最广泛的絮凝剂是铝盐和铁盐，在已处理过的水中残留的铝盐会危害人体健康，残留的铁盐会影响水的色度等;在大多数废水处理中，难以克服污泥产生量....在常规水处理系统中，使用最广泛的絮凝剂是铝盐和铁盐，在已处理过的水中残留的铝盐会危害人体健康，残留的铁盐会影响水的色度等;在大多数废水处理中，难以克服污泥产生量大、污泥难以处置等二次污染问题。因此，寻求一种对环境没有二次污染的天然产品来代替铝盐和铁盐絮凝剂，是当今实施可持续发展战略的需要。天然高分子絮凝剂由于其原料来源丰富、价格低廉、选择性好、用量小、安全无毒、可以完全生物降解，故而在众多絮凝剂中备受关注。经过几十年的发展，出现了大量性能、用途不同的天然高分子絮凝剂，其中淀粉类、木质素类、壳聚糖类和植物胶类目前应用较为广泛。1、壳聚糖性质壳聚糖(chitosan)结构式见图1，是一种白色无定型、半透明的片状固体，难溶于水但溶于酸，为甲壳素的脱乙酰化产物。一般而言，甲壳素中的N－乙酰基脱去55%以上就可称之为壳聚糖。甲壳素是动物、昆虫的外骨骼的主要成分，是地球上存在的数量仅次于纤维素的第2大天然有机化合物。壳聚糖作为絮凝剂，具有天然、无毒、可降解的性质。壳聚糖的大分子链上分布着许多羟基、氨基及一些N－乙酰氨基，可在酸性溶液中形成高电荷密度的阳离子聚电解质，也可借助氢键或离子键来形成类似网状结构的笼形分子，从而络合去除许多有毒有害的重金属离子。壳聚糖及其衍生物有着广泛的用途，不仅在纺织、印染、造纸、医药、食品、化工、生物和农业等众多领域具有许多应用价值，而且在水处理方面，可用作吸附剂、絮凝剂、杀菌剂、离子交换剂、膜制剂等。由于其在给水应用和水处理中显示了独特的优越性，美国环保局已批准壳聚糖作为饮用水的/sell-list/19.html净化剂。2、壳聚糖的制备2.1、传统工艺制备壳聚糖传统制备壳聚糖的一般方法是:虾、蟹壳漂洗——脱钙及无机盐——脱蛋白质及脂——脱碱、漂洗——水洗、烘干——甲壳素产品——浓碱处理——水洗、烘干——壳聚糖粗产品——提纯——壳聚糖产品。此法较为繁琐，且生产的壳聚糖产品存在灰分含量高和氨基含量高的缺点。当前市场上出售的绝大多数甲壳素均来自虾、蟹等的外壳，但其原料因产于沿海地带而受到地域的限制;原料供应的季节性波动大;原料不易收集、保鲜和运输;虾、蟹甲壳中含有大量的CaCO3，给甲壳素的提取增加了成本，并产生大量的废水;采用浓碱脱去甲壳素中的乙酰基制备壳聚糖时，碱耗量大，对环境造成严重的污染。2.2、甲壳素脱乙酰酶法制备壳聚糖甲壳素脱乙酰酶(简称CDA)广泛存在于自然界，尤其是一些真菌和昆虫中。CDA可以水解脱掉甲壳素上的乙酰基，因此，利用它代替现有的浓碱热解法生产高质量的壳聚糖，不仅有效，而且不会把甲壳素的长链降解为小分子，也不存在排放废碱液而对环境造成严重污染，还可以生产出某些用化学法不能生产的壳聚糖产品，如乙酰化程度均匀、分子量分布范围窄的壳聚糖、具有特定乙酰化位置的壳聚糖、高脱乙酰度且性能独特的壳聚糖等。由于酶具有专一性，故用甲壳素脱乙酰酶法制备的壳聚糖纯度较高;但CDA只能催化特定的甲壳素脱去乙酰基，对不溶于水的甲壳素，效果不理想。2.3、微生物培养法制备壳聚糖由于壳聚糖是真菌细胞壁的常见组成部分，所以，利用微生物培养法生产壳聚糖的研究也较活跃。可产生甲壳素和壳聚糖的真菌很多，如蓝色犁头霉、雅致放射毛霉、鲁氏毛霉等。陈忻等用微生物自身存在的甲壳素合成酶和甲壳素脱乙酰酶进行自身催化，将其细胞内容物尿苷二磷酸－N－乙酰－D－葡萄糖胺转变为壳聚糖，达到脱乙酰基的目的。研究表明，用雅致放射毛霉为原料，通过发酵法制备壳聚糖是可行的。其菌丝体产率为15．68%，壳聚糖的产量为1．26g/L，脱乙酰度为85%～90%。与传统法制备的壳聚糖相比，用微生物培养法制备的壳聚糖质量好、纯度高。乐培思等的研究表明，微生物培养法制备的壳聚糖用作食品保鲜剂时，其抗菌(对乳酸菌、草菌等)能力比虾壳来源的壳聚糖高1～2倍。因此，该法的研制成功具有非常重要的经济和社会效益。3、壳聚糖在环保领域中的应用3.1、壳聚糖在给水处理中的应用(1)去除水体中悬浮物。天然水体中由于黏土细菌等的存在而成为负电性的胶体体系。壳聚糖作为一种长链型阳离子高聚体，可起到电中和凝聚及吸附架桥的双重作用，对悬浮物质具有很强的凝聚作用。与传统的明矾、聚丙烯酰胺作为絮凝剂相比，壳聚糖具有更好的澄清效果。RAVID等研究了壳聚糖pH值5～9时絮凝处理单一高岭土配水的效果，发现絮凝受pH值影响较大，浊度去除的有效pH值7．0～7．5，投加壳聚糖絮凝剂1mg/L，浊度去除率超过90%，而产生的絮体粗大，且沉降速度快，总