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2008年第27卷第3期
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS
壳聚糖的絮凝性能研究进展
花蓉蓉',周恭明,曹大伟2
(同济大学城市污染控制国家『程研究中心,小海20002:2东南大学能源与环境学院,江苏南京21006
摘要:综述了壳聚糖絮凝机理、絮疑影的因素(分子量、pH值、初始油度、有机物、离子浓度等)、絮凝效率
及壳聚糖改性等方面的内容。改性后的壳聚糖能较好地克服自身的一些缺陷,具有较广阔的应用前景。
关键词:売聚糖;絮凝;改性
中图分类号:X703.5
文献标识码:A
文章编号:1000-6613(2008)03-0335-05
Research advances in flocculation properties of chitosan
HUA Rongrong, ZHOU Gongming, CAO Dawei
National Engineering Research Center for Urban Pollution Control, Tongji University, Shanghai 200092, China
School of Engrgy and Environment, Southeast University, Nanjing 210096, Jiangsu, China)
Abstract: The nature of degradability and innocuity makes chitosan a kind of excellent cationic organic
flocculant. The flocculant mechanism, influence factors(such as molecular weight, PH, initial turbidity
organics and ion concentration) flocculation efficiency and modification of chitosan are discussed. The
modified chitosan which overcomes some of its defects, could be widely applied in the future
Key words: chitosan; flocculation; modification
壳聚糖作为絮凝剂,具有天然、无毒、可降解甲売素,在氮气环境中以1:10固液比将甲壳素置
的性质。其制备原料一一甲壳素,是地球上存在的于50%的氢氧化钠溶液中,100℃下分別加热20h、
数量第2大的天然有机化合物,因此,壳聚糖被认10h、4h,得到3种売聚糖,它们的脱乙酰度和相
为是很有澘力的有机絮凝剂之一。由于其在给水应对分子质量分别为91.3%、66万,89.3%、96万,
用和水处理中显示了独特的优越性,美国环保局已86.4%6、180万,脱乙酰基时间越长壳聚糖脱乙說度
批准壳聚糖作为饮用水的浄化剂。
越高,相对分子质量越低
1壳聚糖的结构、性质
売聚糖分子链上分布着大量的游离经基和氨
基,在一些稀酸溶液中氨基容易质子化,从而使壳
壳聚糖是甲売素脱乙酰化的产物,它们的结构聚糖分子链带上大量的正电荷,成为一种可溶性的
式见图1。脱乙酰化达到509%以上的称为壳聚糖,聚电解质,其有阳离子刑絮凝剂的性质リ
509%以下的称为甲壳素。 Gamage等用蟹売提取
2売聚糖的絮凝性能
CHOH
NH
2.1絮凝机理
HO
前人研究认为,壳聚糖的絮凝机理是电中和
CH2OH
作用和吸附架桥作用的结合。在稀酸溶液中,壳
聚糖上的氨基质子化为NH3,使壳聚糖表面带正
(a)甲壳素结构式
(b)壳聚糖结构式
收稿日期:2007-10-31;修改稿日期:2007-11-13
第一作者简介:花蓉蓉(1982-),女,倾士研究生,研究方向为水
图1甲壳素及売聚糖的结构式
污染控制技术。E-mailcaodavy@gmail.com
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2008年第27卷
电,可以中和胶体的表面负电荷降低其Zeta电位,很透彻,综合前人研究结果,电中和作用和吸附架
使胶体脱稳。作为有机大分子,壳聚糖在絮凝中桥作用不可兼得,其中总有一个起主导作用,并且
还起到吸附架桥的作用。一般认为,吸附架桥在这种主导作用受到絮凝对象及分子链形态的影响。
売聚糖絮凝中起主要作用。架桥作用的效率由売作者认为目前的理论水平下,对于特定类型的被处
聚糖黏度决定,而黏度受相对分子质量影响很大,理物质,在使用壳聚糖处理前应进行实验分析,找
因此相对分子质量大的売聚糖架桥作用強,絮凝出主导作用机理(电中和或吸附架桥),以便为其后
效果好。
的实际运用提供指导
Roussy等通过高浓度膨润土悬浮液絮凝实验2.2絮凝性能影响因素
研究发现,壳聚糖的用量远远少于完全电中和所需2.2.1相对分子质量
的量,?此认为絮凝过程中电中和作用较小。相对
一般地,売聚糖相对分子质量越大,黏度也越
分子质量高的売聚糖絮凝膨润土的效率也比较高,大,絮凝效率也越高
但当相对分子质量达到10万以上时,絮凝效率提高
林志艳等?通过売聚糖对皂土:的絮凝研究认
逐渐趋平。相对分子质量较大的売聚糖分子链刚性为,壳聚糖相对分子质量影响稳态絜体大小,売聚
也比较大,在削弱电中和作用的同时加强了吸附架糖相对分子质量越大,稳态絮体直径越大,利」絮
桥作用。
凝效率提高。另外,其进·步研究发现,相对分
Strand等研究了3种不同原料制备的売聚糖质量和最佳投加量间存在双曲线关系,并据此建立
絮凝8种革兰氏阴性菌(G)悬浮液的絮凝特性。了相对分子质量与絮凝剂投加量间的关系模型。对
不同的细菌悬浮液有不同的絮凝效率、最佳投药量长桥水厂原水用不同相对分子质量壳聚糖进行絮凝
和最适药剂,这对通常认为的売聚糖絮凝G主要是处理,实际最佳投药量与模型拟合出的最佳投药量
由手电中和作用的说法提出了质疑。
的相关系数为0.9818,说明模型能够较准确的预测
不同pH值条件下使用相同脱乙酰度、不同相最佳投药量,并可用手指导实践。
对分子质量的壳聚糖絮凝染料废水的研究发现,相
在壳聚糖用于给水处理的研究屮,随着相对分
对分子质量大的壳聚糖絮凝后的废水在过滤后脱色子质量的提高,最佳投药量也随之減少。然而,低
效率仪微弱增加,而最佳投药量和染料的初始浊度相对分子质量的最佳投药浓度范围较宽,随着相对
早现出化学计量关系。由此, Guibal等认为,在分子质量的增加此范围变窄89。
实验染料絮凝过程中架桥作用并没有通常被认为的
壳聚糖去除水中蛋白质的研究表明,去除率并
那么重要,而电中和起主要作用。另外,随着相对没有随着相对分子质量的增大而提高。这可能
分子质量的增大,脱色效率并没有提高,反而略有絮凝中吸附架桥不占主导作用有关。
下降。 Guibal分析认为,相对分子质量大的売聚糖2.2.2pH值
脱色效率低的原因有2
是高相对分子质量売
pH值主要通过影响壳聚糖表面的质子化而影
聚糖分子链上的富余正电荷增加了其自身的稳定响其絮凝性能。