改性壳聚糖研究现状及在农业中应用展望.pdf

第10期总第244期
农业科技与装备
No10 Total No244
2(014年10月
Agricultural Science& Technology and Equipment
Oct.2014
改性壳聚糖硏究现状及在农业中应用展望
刘时光,赵云龙
(沈阳农业大学土地与环境学院,沈阳100866)
摘要:壳聚糖是自然界含量丰富的高分子有机物,改性后的壳聚糖被赋予更优异的理化性质,可广泛应用于土壤中的重金属吸附。
介绍并对比目前常见的壳聚糖改性方式,分析巯基酣化壳聚糖对重金属吸附的机理,为巯基酯化壳聚糖在农业环境保护中的应用
提供论依据。
关键词:改性壳聚糖;重金属;吸附;农业环境保护;应用
中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1674-1161(2014)10-0072-02
甲壳素是自然界资源丰富的可再生资源,每年合液中。交联多在分子间发生,也不排除在分子内发生,
成的甲壳素有100亿t之多。売聚糖( Chitosan)是甲主要是醛基与壳聚糖的氨基发生 shift碱反应,其次
売素( Chitin)的重要衍生物,其结构中包含ーNH2オ是醛基与羟基的反应。常用的交联剂主要有甲醛、
和一OH基团,对金属离子具有较强的结合作用、且乙二醛、戊二醛等。壳聚糖交联后形成网状的壳聚糖
具有尤毒、可生物降解等优点。但是,在酸性条件下,聚合物(売聚糖树脂),从而改善了壳聚糖的机械强
売聚糖所带有的正电荷与金属阳离子会产生静电排度。売聚糖大分子中含大量氨基、羟基等亲水性基团
斥,导致配位能力减弱,影响吸附效果;而在碱性条件在水、酸性、碱性溶液中容易溶胀甚至流失,导致其稳
下,金属阳离子容易生成氢氧化物沉淀使吸附剂失定性较差;而交联后,壳聚糖稳定性增加。以戌二醛为
去作用。因此,如何改善壳聚糖在环境治理领域中的交联剂,以羧甲基壳聚糖为原料,制备阳离了型树脂
应用,是売聚糖研究中最热门、最活跃的课题之
对Cu2+进行吸附试验,结果表明:以二醛为交联剂
1接枝改性壳聚糖
形成的树脂不溶于水,同时也不溶于酸和碱;对Cu
接枝改性是对壳聚糖改性的主要方式之一,它通进行吸附,min内达到平衡,饱和吸附容量为92.22
过改变壳聚糖的表面形态来增加有效吸附位点,从而mg,吸附后对其进行脱洗,重复利用6次后吸附量
提高改性売聚糖的吸附能力。引入羧基后.可得到完没有下降。可见,以成二醛为交联剂对羧甲基壳聚糖
全溶于水的含阴离子的壳聚糖,改善了壳聚糖螯合重交联后制成的树脂,具有抗酸碱性好、吸附容量大、吸
金属离了的能力,提高了对金属离了的吸附能力。酰附速度快、可再生、可重复使用等特性,是性能良好的
化生成的产物种类,与催化剂种类和酰基结构有关。阳离了交换树脂。经羧甲基改性后再进行交联反应的
酰化破坏了売聚糖生物大分子问的氢键,改变其晶体壳聚糖吸附重金属的能力明显提高,这是种有效的
结构,改进其溶解度;脱乙酰売多糖更容易发生喘化改性方法,但是很多交联剂都具有毒性,为后续的处
反应;浓硫酸、氯磺酸、SO2及SO)磺化试剂是主要的理带来困难。
破化试剂;与売聚糖相比,羧卬基壳聚糖铜离了有较3巯基酯化売聚糖
强的络合能力,利用等温吸附研究羧甲基壳聚糖对污
分子间氢键的存在,使得壳聚糖机械强度弱且水
染土壤Cd2的吸附作用、发现羧門基売聚糖螯合剂能解性较差,只能溶于酸性溶液中,限制了其作为高分
提高土壤吸附Cl2的解吸效率, Freundlich吸附等温了絮凝剂的应用范田。利用巯基对壳聚糖进行改性
式可以描述吸附过程
可破坏壳聚糖原有分子结构及氢键,同时引入重金属
2交联改性壳聚糖
离子的强配位基巯基-SIl,得到吸附效果更好的高
売聚糖可以通过双官能团的曜或酸进行交联,分子絮凝剂。巯基乙酸(TGA)是较为常用的对壳聚糖
交联的主要日的是使产物性能稳定,不溶解于酸性溶进行巯基引入的试剂,它是含硫有机化合物,用作制
收稿日期:2014-09-()6
备环氧树脂、双酚A的催化剂,是日用化妆品冷烫精
作者简介:刘时光(198-),男,士,从市环境污染控制方面及脱毛剂的主要原料。根据 Person定义的软硬酸碱
研究工作。
理论,IVCA属于软碱,能与属于软酸的各种金属离子
2014年第10期
刘时光等:政性壳聚糖研究现状及在农业中应用展望
形成稳定的螯合物,在碱性介质中也常被用作铜、银、直接排放,由污水灌溉农田引起的农业环境污染情况
锌等金属离了的掩蔽剂。TGA与売聚糖发生酰胺反十分严重。日前常见的土壤中重金属处理方法分为两
应的过程是:首先活化剂FIC?HCI与巯某乙酸反应类:是直接去除土壤中的重金属,在不改变其化学
形成具有氨基反应活性的O一酰基脲中间体,然后该形态的条件下进行分离,具体方法有生物法、电渗析
中间体再与売聚糖氨基进行反应,通过酰胺键将巯基法、离了交换法等;二是改变重金属在土壤中的存在
引人到壳聚糖中,最后活化剂EDC?HI被释放出来。形态,使溶解态的重金属转变为不溶态的化合物,经
4巯基酯化壳聚糖吸附性能
过沉淀达到去除目的,具体方法有硫化物沉淀法、中
影响巯基壳聚糖吸附性能的因素很多,其中最主和沉淀法、铁氧体法等。但在实际中,重金属经常是多
要的是改性方法。売聚糖巯基改性具有売聚糖酰化、种离子共同存在,采用单·的方法达不到理想的去除
酯化、烷基化等化学改性的共同特点,主要是通过发效果
生化学反应改变売聚糖紧密的分子结构和分子间的
巯基恉化売聚糖中含有大量的巯基和氨基,是
氢键,使其原有的结构发生改变,从而改变其某些特种高分子絮凝剂,ビ可以通过螯合作用与重金属形成
性;同时将巯基引入到壳聚糖的分子长链上,巯基是沉淀而完成对重金属的吸附,处理流程简单,可大大
可以吸附重金属的活性基团,从而得到重金属吸附性减少处理负荷,同时,売聚糖是自然界泛存在的可
能更加优异的壳聚糖衍生物。
再生资源,因此,改性的売聚糖对壤和农业水环境
5改性売聚糖在农业中的应用展望
中重金属处理有很大的应用价值。
日前我国污水处理率较低,大部分污水未经处理
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