殼聚糖吸附材料的研究進(jìn)展

劉富強(qiáng) 韓業(yè)鑫 營口理工學(xué)院 盛虹煉化（連云港）有限公司 李虎 甘文靜 劉燦 李靖平 張丹 吳曉 營口理工學(xué)院

殼聚糖的研究主要包含兩方面內(nèi)容，一方面是殼聚糖的改性方法，包括物理改性、化學(xué)改性、復(fù)合改性和生物改性。物理改性是對其立體構(gòu)架進(jìn)行改變，增加其吸附性能?；瘜W(xué)改性包括酰基化、烷基化和接枝共聚改性。復(fù)合改性包括季銨鹽化、羧甲基化、席夫堿和巰基化改性。生物改性主要運(yùn)用生物酶法進(jìn)行改性。另一方面是殼聚糖及其衍生物在廢水中的應(yīng)用，包括在紡織廢水中、食品加工廢水中以及含油廢水中的應(yīng)用。殼聚糖及其衍生物可以在醫(yī)藥領(lǐng)域和化妝品領(lǐng)域中應(yīng)用。重金屬具有很強(qiáng)的毒性、在人體內(nèi)易富集且存在難排除體外等問題，如果進(jìn)入到人體內(nèi)，將會(huì)極大的危害到我們的健康。因此，重金屬離子廢水的治理是目前急需解決的問題。

殼聚糖原料易得，來源豐富，海洋低等節(jié)肢類動(dòng)物中含有甲殼素，例如蟹、蝦等。甲殼素來源如此廣泛，可以說明殼聚糖是取之不盡，用之不竭。殼聚糖容易被生物降解，擁有良好的生物相容性，在重金屬污水處理方面有廣泛的應(yīng)用。由于殼聚糖分子在酸溶液中不穩(wěn)定，而穩(wěn)定存在堿性和中性水溶液中。

故將殼聚糖材料應(yīng)用于在酸性環(huán)境中吸附重金屬離子時(shí)，殼聚糖易生成帶有正電荷的銨根離子，它與污水中金屬陽離子產(chǎn)生排斥作用，從而降低了殼聚糖吸附性能。因此，為了改善其性能，增大殼聚糖材料的應(yīng)用范圍，而對殼聚糖的改性研究成為重中之重。本文中將從3 個(gè)產(chǎn)品類型出發(fā)，分別介紹殼聚糖改性材料、殼聚糖凝膠材料以及磁性殼聚糖微球研究特點(diǎn)以及最新的研究成果，并總結(jié)討論了殼聚糖吸附材料的未來發(fā)展方向。

一、殼聚糖改性材料的發(fā)展

目前，殼聚糖改性材料主要研究不同的材料與殼聚糖進(jìn)行復(fù)合，得到的新材料與殼聚糖進(jìn)行吸附性能對比。李姣[1]采用了殼聚糖交聯(lián)改性的方法，對廢水中金屬離子進(jìn)行吸附，結(jié)果表明：在吸附劑用量相同時(shí)改性材料的吸附效率明顯高于殼聚糖單獨(dú)吸附的效率，但是這種材料的可再生性并不好。甄豪波對這個(gè)問題進(jìn)行了深入的研究，他們將殼聚糖制備成小球形狀并與沸石制備了殼聚糖沸石的復(fù)合材料。結(jié)果表明：新材料的再生性顯著提高，但是該吸附劑對使用條件有一定要求，需要在pH=5 的情況下使用。

水污染越來越嚴(yán)重，需要人為的來干涉進(jìn)行污水的凈化處理。殼聚糖及其衍生物能夠除去廢水中的重金屬離子和有機(jī)物等有害物質(zhì)。在食品加工中會(huì)產(chǎn)生很多廢物，例如，過期的食品、殘留的中間產(chǎn)物、廢棄的副產(chǎn)物等等，這些物質(zhì)的都會(huì)給環(huán)境帶來很大的危害。

殼聚糖改性材料可以運(yùn)用到醫(yī)藥方面，殼聚糖能夠與其他的物質(zhì)組合成顆粒，來修復(fù)一些受傷的組織。其次是此材料能夠形成藥物的載體，將藥物運(yùn)輸?shù)轿覀兊捏w內(nèi)，使其能夠回收再利用。殼聚糖改性材料能用于紡織行業(yè)，主要是殼聚糖及其衍生物能夠有很好的抗菌效果，主要是殼聚糖能夠在紡織品經(jīng)過很多次的清洗，最后會(huì)存在。殼聚糖這種良好的抑菌作用會(huì)讓殼聚糖在此行業(yè)大范圍應(yīng)用。其次殼聚糖及其衍生物能夠除去染料廢水中的有機(jī)物以及重金屬。殼聚糖還可以在畜牧業(yè)中得到運(yùn)用，最直接的運(yùn)用是在牲畜所需食物上的運(yùn)用，可以將食物中的脂類等非必須的物質(zhì)吸收出來。然后殼聚糖進(jìn)入到了牲畜體內(nèi)，能夠促進(jìn)牲畜的消化吸收。殼聚糖還能用到食品中，它的成膜效果可以用來被當(dāng)作保鮮膜，能夠抑制細(xì)菌，擁有一定的防腐作用。殼聚糖還可以在化妝品上應(yīng)用。它有生物相容性和抗氧性，這樣會(huì)在化妝品中得到利用。

二、殼聚糖凝膠材料的發(fā)展

為了提高殼聚糖材料的可再生性，逐漸制備出了殼聚糖水凝膠材料。陸泉芳等[2]采用輝光放電電解等離子體技術(shù)，以殼聚糖和丙烯酸為基礎(chǔ)制備了新型殼聚糖水凝膠材料。該水凝膠在反復(fù)吸收解吸4 次之后，吸附量沒有發(fā)生太大改變，證明了該水凝膠具有優(yōu)良的再生性。俞潔等[3]通過對殼聚糖的改性制備了殼聚糖水凝膠材料。該材料對多種金屬離子具有吸附效果，結(jié)果表明：該材料吸附性能最佳pH 值為4.8，在含有多種金屬離子的混合溶液中，該材料能夠?qū)u2+具有吸附作用；可用EDTA 洗脫液將該材料進(jìn)行洗脫，提高了該材料的可再生性。

三、磁性殼聚糖材料的發(fā)展

有關(guān)磁性殼聚糖材料的發(fā)展，彭慶慶[4]分別利用磁性啤酒酵母菌，磁性水葫蘆生物炭和纖維素這三種原料與殼聚糖經(jīng)行混合制備出了三種新型的磁性殼聚糖吸附材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：磁性酵母菌殼聚糖材料在pH=4.5 時(shí)吸附效果最佳吸附效率遠(yuǎn)超同類材料，磁性水葫蘆生物碳?xì)ぞ厶遣牧蠈︺t吸附性能良好，但是pH 值這種材料的吸附效率有很大影響，纖維素殼聚糖材料相比于未改性的殼聚糖具有很高的比表面積和機(jī)械強(qiáng)度，對于鉻離子的吸附效率顯著提高且吸附效率隨著時(shí)間的增長而增加。顏世強(qiáng)等[5]以使用多聚磷酸鈉作為交聯(lián)劑，通過離子交聯(lián)法將殼聚糖和納米Fe3O4合成為一種新的納米磁性殼聚糖微球材料，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該材料的吸附金屬離子效率極高，并且造價(jià)相對與同類產(chǎn)品明顯降低，在該材料的溶液中細(xì)胞存活率為100%證明了該材料具有良好的生物相容性，具有一定的商業(yè)價(jià)值但是該材料的吸附離子種類依舊不多。為了增加材料的泛用性，蒲生彥等[6]經(jīng)過大量研究以殼聚糖和Fe2+，F(xiàn)e3+離子為原料制備了新型殼聚糖凝膠微珠材料。結(jié)果表明：新型材料可以對多種金屬進(jìn)行較為良好的吸附，吸附容量隨著pH 的增大而增加，該在材料一定程度上減少了pH 值對吸附效率造成的波動(dòng)。

四、結(jié)論

文章羅列出來了殼聚糖的相關(guān)特性，殼聚糖在廢水處理方面，能夠成為很好的材料，殼聚糖的無毒性質(zhì)在這里得到了很好的應(yīng)用。雖然現(xiàn)在的研究情況對吸附離子種類仍然不是很多。殼聚糖的形態(tài)可以是水凝膠，可以是殼聚糖微球，還可以是納米級殼聚糖，這些都可以在廢水中存在，最終形成絡(luò)合物，達(dá)到了凈化廢水的作用?，F(xiàn)在主要突破的難點(diǎn)，主要是吸附單一重金屬離子，對環(huán)境友好的材料。絕大多數(shù)的殼聚糖吸附材料仍被吸附離子種類少、pH 值的影響和可再生性差等問題所束縛，但是我相信在未來殼聚糖會(huì)全面的應(yīng)用。將他開發(fā)到極致，能夠應(yīng)用到更廣闊領(lǐng)域的中，得到人們的重視。希望殼聚糖能夠?yàn)槿藗兊纳a(chǎn)、生活提供更好服務(wù)。