壳聚糖吸附材料的研究进展

刘富强 韩业鑫 营口理工学院 盛虹炼化（连云港）有限公司 李虎 甘文静 刘灿 李靖平 张丹 吴晓 营口理工学院

壳聚糖的研究主要包含两方面内容，一方面是壳聚糖的改性方法，包括物理改性、化学改性、复合改性和生物改性。物理改性是对其立体构架进行改变，增加其吸附性能。化学改性包括酰基化、烷基化和接枝共聚改性。复合改性包括季铵盐化、羧甲基化、席夫碱和巯基化改性。生物改性主要运用生物酶法进行改性。另一方面是壳聚糖及其衍生物在废水中的应用，包括在纺织废水中、食品加工废水中以及含油废水中的应用。壳聚糖及其衍生物可以在医药领域和化妆品领域中应用。重金属具有很强的毒性、在人体内易富集且存在难排除体外等问题，如果进入到人体内，将会极大的危害到我们的健康。因此，重金属离子废水的治理是目前急需解决的问题。

壳聚糖原料易得，来源丰富，海洋低等节肢类动物中含有甲壳素，例如蟹、虾等。甲壳素来源如此广泛，可以说明壳聚糖是取之不尽，用之不竭。壳聚糖容易被生物降解，拥有良好的生物相容性，在重金属污水处理方面有广泛的应用。由于壳聚糖分子在酸溶液中不稳定，而稳定存在碱性和中性水溶液中。

故将壳聚糖材料应用于在酸性环境中吸附重金属离子时，壳聚糖易生成带有正电荷的铵根离子，它与污水中金属阳离子产生排斥作用，从而降低了壳聚糖吸附性能。因此，为了改善其性能，增大壳聚糖材料的应用范围，而对壳聚糖的改性研究成为重中之重。本文中将从3 个产品类型出发，分别介绍壳聚糖改性材料、壳聚糖凝胶材料以及磁性壳聚糖微球研究特点以及最新的研究成果，并总结讨论了壳聚糖吸附材料的未来发展方向。

一、壳聚糖改性材料的发展

目前，壳聚糖改性材料主要研究不同的材料与壳聚糖进行复合，得到的新材料与壳聚糖进行吸附性能对比。李姣[1]采用了壳聚糖交联改性的方法，对废水中金属离子进行吸附，结果表明：在吸附剂用量相同时改性材料的吸附效率明显高于壳聚糖单独吸附的效率，但是这种材料的可再生性并不好。甄豪波对这个问题进行了深入的研究，他们将壳聚糖制备成小球形状并与沸石制备了壳聚糖沸石的复合材料。结果表明：新材料的再生性显著提高，但是该吸附剂对使用条件有一定要求，需要在pH=5 的情况下使用。

水污染越来越严重，需要人为的来干涉进行污水的净化处理。壳聚糖及其衍生物能够除去废水中的重金属离子和有机物等有害物质。在食品加工中会产生很多废物，例如，过期的食品、残留的中间产物、废弃的副产物等等，这些物质的都会给环境带来很大的危害。

壳聚糖改性材料可以运用到医药方面，壳聚糖能够与其他的物质组合成颗粒，来修复一些受伤的组织。其次是此材料能够形成药物的载体，将药物运输到我们的体内，使其能够回收再利用。壳聚糖改性材料能用于纺织行业，主要是壳聚糖及其衍生物能够有很好的抗菌效果，主要是壳聚糖能够在纺织品经过很多次的清洗，最后会存在。壳聚糖这种良好的抑菌作用会让壳聚糖在此行业大范围应用。其次壳聚糖及其衍生物能够除去染料废水中的有机物以及重金属。壳聚糖还可以在畜牧业中得到运用，最直接的运用是在牲畜所需食物上的运用，可以将食物中的脂类等非必须的物质吸收出来。然后壳聚糖进入到了牲畜体内，能够促进牲畜的消化吸收。壳聚糖还能用到食品中，它的成膜效果可以用来被当作保鲜膜，能够抑制细菌，拥有一定的防腐作用。壳聚糖还可以在化妆品上应用。它有生物相容性和抗氧性，这样会在化妆品中得到利用。

二、壳聚糖凝胶材料的发展

为了提高壳聚糖材料的可再生性，逐渐制备出了壳聚糖水凝胶材料。陆泉芳等[2]采用辉光放电电解等离子体技术，以壳聚糖和丙烯酸为基础制备了新型壳聚糖水凝胶材料。该水凝胶在反复吸收解吸4 次之后，吸附量没有发生太大改变，证明了该水凝胶具有优良的再生性。俞洁等[3]通过对壳聚糖的改性制备了壳聚糖水凝胶材料。该材料对多种金属离子具有吸附效果，结果表明：该材料吸附性能最佳pH 值为4.8，在含有多种金属离子的混合溶液中，该材料能够对Cu2+具有吸附作用；可用EDTA 洗脱液将该材料进行洗脱，提高了该材料的可再生性。

三、磁性壳聚糖材料的发展

有关磁性壳聚糖材料的发展，彭庆庆[4]分别利用磁性啤酒酵母菌，磁性水葫芦生物炭和纤维素这三种原料与壳聚糖经行混合制备出了三种新型的磁性壳聚糖吸附材料。实验结果表明：磁性酵母菌壳聚糖材料在pH=4.5 时吸附效果最佳吸附效率远超同类材料，磁性水葫芦生物碳壳聚糖材料对铬吸附性能良好，但是pH 值这种材料的吸附效率有很大影响，纤维素壳聚糖材料相比于未改性的壳聚糖具有很高的比表面积和机械强度，对于铬离子的吸附效率显著提高且吸附效率随着时间的增长而增加。颜世强等[5]以使用多聚磷酸钠作为交联剂，通过离子交联法将壳聚糖和纳米Fe3O4合成为一种新的纳米磁性壳聚糖微球材料，实验结果表明：该材料的吸附金属离子效率极高，并且造价相对与同类产品明显降低，在该材料的溶液中细胞存活率为100%证明了该材料具有良好的生物相容性，具有一定的商业价值但是该材料的吸附离子种类依旧不多。为了增加材料的泛用性，蒲生彦等[6]经过大量研究以壳聚糖和Fe2+，Fe3+离子为原料制备了新型壳聚糖凝胶微珠材料。结果表明：新型材料可以对多种金属进行较为良好的吸附，吸附容量随着pH 的增大而增加，该在材料一定程度上减少了pH 值对吸附效率造成的波动。

四、结论

文章罗列出来了壳聚糖的相关特性，壳聚糖在废水处理方面，能够成为很好的材料，壳聚糖的无毒性质在这里得到了很好的应用。虽然现在的研究情况对吸附离子种类仍然不是很多。壳聚糖的形态可以是水凝胶，可以是壳聚糖微球，还可以是纳米级壳聚糖，这些都可以在废水中存在，最终形成络合物，达到了净化废水的作用。现在主要突破的难点，主要是吸附单一重金属离子，对环境友好的材料。绝大多数的壳聚糖吸附材料仍被吸附离子种类少、pH 值的影响和可再生性差等问题所束缚，但是我相信在未来壳聚糖会全面的应用。将他开发到极致，能够应用到更广阔领域的中，得到人们的重视。希望壳聚糖能够为人们的生产、生活提供更好服务。