杨馨雨，郝心瑞，苗仲闻，王欣宇，魏海欣，刘沛怡，王欢
吉林建筑大学 市政与环境工程学院 吉林长春 130118
[摘 要]现代工业的快速进步、迅猛发展，使得许多大型工业废水被大量排放或引进了长江河流等偏远地区的淡水湖泊和各类水体，对于自然生态环境也对其产生严重的环境危害，也对我国人民的财产生命健康安全遭到了严重的环境威胁。本文阐述壳聚糖的结构、理化性质、应用，为研究高效的壳聚糖处理方法提供技术支持。
[关键词]水污染；壳聚糖；处理作用
壳聚糖属植物是一种天然的微量和生物性高分子化合物，广泛地存在于大多数的虾蟹壳中。近十年来，它被广泛应用于各类食品工业、医药、固定化材料、膜材料等领域，而且这些壳聚糖本身都是完全无毒的，在大气和水质条件下，收到放线菌的作用，逐步被吸收和降解，是非常优良的环境保护材料，在未来的发展前景十分广阔。
1 壳聚糖的结构
壳聚糖，甲壳素经过高压脱去乙酰基后再经过加工聚合形成，是我们所知人体中所有生物化学甲壳酸毒素最基本、最重要的一种化学衍生物，甲壳素和其他各种壳聚糖都在生物化学上具有许多独特的化学性质，如它们分别具有良好的细胞生物化学降解性、细胞生物亲和力及良好的细胞生物光合作用，特别是最需要我们注意的一点那就是它们在其他壳聚糖中内部所含有的一种游离氨基，也是天然氨基多糖中唯一的一种碱性氨基多糖[1]。因此，壳聚糖被是一种比植物纤维素更加安全、富有广泛应用发展潜力的一种功能性新型生物化学材料。
2 壳聚糖的理化性质
纯壳聚糖是一种半透明、呈白色和灰白色的片状固体，常温下它们都能够稳定地存在，当水溶于稀酸时呈粘性。壳聚糖分子的活性基团被称为氨基,因此它们可直接溶于酸性盐和碱溶液中，形成一种带有正电荷的阳离子团，是一种具有正电荷和负载作用的聚电解质，在酸性盐溶液中具有很强的吸附和氧化作用[2]。
3 壳聚糖在水污染处理中的作用研究
常规的水污染处理方法往往存在成本高、处理效率低的问题，壳聚糖作为新兴的处理剂，在水污染处理的很多方面中起到作用，目前研究的主要方向包括重金属离子吸附、复凝聚、染料脱色[3]。
3.1 壳聚糖在重金属离子吸附方面的作用
目前常用的处理酸性重金属工业废水的多种方法，采用化学废水沉淀法，只对高浓度的酸性重金属废水离子进行吸附处理作用良好，在室内迅速产生大量的污泥，对其进行处理。壳聚糖具有多孔性和大的比表面积、游离氨基的邻位为羟基，对于二价重金属有机离子它还具有很强的螯合物理性和吸附螯合性能，有效地用于捕捉工业废水处理中的二价重金属有机离子和其他二价有机物，Hg、Ni、Pb、Cd、Cu等其他二价重金属有机离子一起进行螯合和物理吸附，形成稳定的有机化合物，抑制有害细菌的良性生长[4]。因此，它被广泛地应用在贵金属的回收以及工业废水的处理中。见表1.
表1 壳聚糖对重金属离子吸附研究相关成果
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3.2 壳聚糖复凝聚作用
以壳聚糖为主要原料加工制备的高黏度可溶性壳聚糖，具有良好絮凝黏度高的优点，絮凝材料是安全无毒的、对任何环境资源进行有效的生物化学物质降解，用于各种工业废水的综合处理及其他有色金属材料提取时，均不会直接给任何环境资源造成二次污染，是一种十分安全、具有广泛开发应用前途的新型有机高分子活性絮凝剂。胡文云等以虾皮为原料在碱性条件下运用微波辅助制得壳聚糖，配制0.2%乙酸溶液，壳聚糖乙酸溶液的最大浊度去除率为90.4%，提高了去除水杨酸和腐殖酸的效果[5]。结果见表2.
表2 磁性壳聚糖与无机混凝剂去除率比较
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3.3 壳聚糖在染料脱色方面的作用
染料废水的浓度高、毒性强，具有高污染性，因此絮凝吸附法的优点更突出，但传统的无机絮凝剂和有机合成絮凝剂残留造成的二次污染的问题，使不能溶解的物质残留在水里。壳聚糖改性后具有良好的吸附和絮凝性能，是处理印染污水的理想材料。郑顺姬等[6]优化的戊二醛交联磁性壳聚糖纳米颗粒，对食品类染料亮蓝、柠檬黄的吸附能力，在25℃，pH 3条件下，对亮蓝和柠檬黄的最大吸附量分别为475.61mg/g和 292.07mg/g，在碱性环境下解吸重复利用。
4 结语
壳聚糖虽然具有广阔的应用前景,但其本身也存在一些缺点,无法满足现场实际的要求。例如壳聚糖由于其机械性能比较差,容易结晶化,不容易被溶于水,而且对 pH比较敏感，在稀酸性环境下极易使其发生溶胀或者是被溶解，所以它很难直接被广泛应用于工业废水或者土壤处理。为有效克服这些问题，扩大壳聚糖在工业中应用范围，壳聚糖须进行物理、化学改性，成为今后的研究目标。
参考文献
[1]徐慧.改性壳聚糖吸附地下水中重金属的试验研究[J].上海交通大学学报,2011,31(9):8-9
[2]陈力.壳聚糖及其磁性复合材料在水处理中应用的研究进展[J].科技创新导报,2017,14(32)：11-16
[3]李林波,赵立荣,马健,等.氧化石墨烯/壳聚糖配合物的制备及其对重金属离子的吸附性能[J].2020,9（1）:294-303
[4]张金生,田中禾,李丽华.壳聚糖及其衍生物在水处理中的应用[J].化工新型材料,2019,47(2):21-25
[5]胡文云,卢桦.壳聚糖絮凝剂去除水源水浊度[J].武汉工程大学学报,2013,35(1):12-16
[6]郑顺姬,黄晶雯,徐佳赛.壳聚糖复合絮凝剂处理印染废水应用研究[J].黑龙江环境通报,2016,40（1）:14-16
项目: 大学生创新创业训练计划项目(202010191070)