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1、1壳聚糖/高岭土复合材料对亚甲基蓝溶液的脱色研究学 生：*指导教师：*（* 机械与材料学院）摘 要：本文制备了壳聚糖/高岭土复合材料。探讨了复合材料的用量、亚甲基蓝溶液初始浓度、体系温度、复合材料中高岭土的比例对亚甲基蓝溶液的脱色性能的影响。结果表明：壳聚糖/高岭土复合材料在复合材料用量越多、亚甲基蓝溶液的初始浓度越低、体系温度越高的情况下，其对亚甲基蓝溶液的脱色性能越好。其中25/20实验组经过180min脱色，脱色率可达到90.5%关键词：壳聚糖；高岭土；亚甲基蓝；脱色The research of chitosan /kaolin composite material about the
2、 adsorption to methylene blue solutionStudent: Liangliang RenSupervisor: Zongzhi HuCollege of Mechanical & Material Engineering, China Three Gorges UniversityAbstract:The passage prepares the chitosan /kaolin composite material, and discusses the influence of the effect of the chitosan /kaolin compo
3、site material about fading the methylene blue solution in diverse conditions,such as the amount of composite material, theinitialconcentrationofmethylene blue solution,system temperature,the kaolins proportion of the composite material.The result demonstrates that the effect of the chitosan /kaolin
4、composite material for fading the methylene blue solution is better as long as the more amount of the chitosan /kaolin composite material, the lower initial consistency of the methylene blue solution,the higher system temperature.The 20/25 experimental group after fading for about 180 min, the decol
5、orizationrate reached90.5%Keywords : chitosan;kaolin; methylene blue; decolorization前言现今，环境问题日益受到人们的关注，而印染废水的处理成为人们普遍关注的问题，现代工业大量排放的有机废水不但对环境有着极大的影响，同时也对人类的健康生活有着威胁。对该类废水常用活性碳、活性粘土、煤渣，活性硅藻土等吸附剂对其进行脱色处理，但这些吸附剂存在成本较高、再生困难等缺陷，因此寻求新的吸附剂对有机物污染物进行脱色处理成为人们的迫切要求。治理染料废水行之有效的途径是先通过物理化学方法将其进行预处理脱色,然后通过后续生化处理,达
6、到综合治理的目的。壳聚糖是一种无毒、无污染并可生物降解的天然高分子，价廉易得。壳聚糖是由自然界广泛存在的几丁质(chitin)经过脱乙酰作用得到的，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖，自1859年，法国人Rouget首先得到壳聚糖后，这种天然高分子的生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性等优良性能被各行各业广泛关注。壳聚糖对许多物质具有螯合吸附作用，可以用于治理重金属废水、净化自来水。此外，壳聚糖能通过络合及离子交换的作用，对染料、蛋白质、氨基酸、核酸、酶、卤素等进行吸附，用于染料废水、印染废水、食品工业废水的处理，从而净化环境，保护人类健康。 高岭土尾矿经处
7、理后，具有良好的内部孔道结构，且孔道大小多在分子尺寸范围内，故呈现很好的选择吸附性能，将成为应用广泛的新型环保吸附剂原料。 通过用热处理和酸浸改性法制备高比表面改性高岭土材料，增大比表面积和增加表面修饰来提高吸附能力，并研究高岭土尾矿对亚甲基蓝溶液的吸附性行为，获得了高岭土尾矿处理亚甲基蓝的最佳工艺条件，结果用于实际废水的处理，效果良好。本课题主要探究壳聚糖/高岭土复合材料不同比例、不同用量、不同亚甲基蓝溶液初始浓度，不同体系温度对壳聚糖/高岭土复合材料吸附亚甲基蓝的性能的影响。1. 绪论1.1壳聚糖简介壳聚糖是天然类多糖甲壳素的重要衍生物，甲壳素广泛存在于甲壳类动物如虾蟹及昆虫等的外壳以及许
8、多低等植物如菌藻类的细胞壁中，是自然界中储量仅次于纤维素的最丰富的天然高分子材料。在实验室中可以用几丁质经过脱乙酰作用得到，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖。纯壳聚糖是一种白色或灰白色半透明的片状或粉状固体，无味、无臭、无毒性，纯壳聚糖略带珍珠光泽。壳聚糖具有可降解性、良好的成膜性、良好的生物相容性及一定的抗菌和抗肿瘤等优异性能。广泛应用于医药、食品、化工、环保等行业，素有万能多糖的美誉。1.1.1 壳聚糖的结构和特点壳聚糖具有良好的生物相溶性安全无毒、保湿抗菌，价廉易得，从结构上看(图1)，其分子链上有许多可参与反应的基团，可按要求进行改性1。它有类同于葡聚糖胺的结构特
9、性，在其大分子结构如图1-1中含有丰富的羟基和氨基，这些活性基团可以和其它物质的分子发生化学反应，通过酰化、羟基化、氰化、醚化、烷基化、酯化、酰亚胺化、叠氮化、成盐、螯合、水解、氧化、卤化、接枝与交联等反应，可制备壳聚糖衍生物2。壳聚糖分子当中含有大量游离氨基和羟基，能与重金属离子形成稳定的螯合物，因此可有效用于含重金属离子的工业废水的处理、贵重金属离子富集与回收等方面。同样壳聚糖作为一种高分子絮凝剂，在吸附程中存在离子交换，氢键吸引，物理吸附等作用，并以其独有的絮凝，成膜，吸附，鳌合等性能在印染废水脱色研究中得到广泛应用。图1-1 壳聚糖的结构式1.1.2 壳聚糖的应用由于壳聚糖的结构特点和
10、资源优越性，在许多方面都显示出独特的功能特性，在食品、农业、水处理、日化及生物医学工程等领域都有很高的实用价值。（1） 壳聚糖在食品工业中的应用壳聚糖在食品工业中的应用主要有：1.液体澄清剂，该剂利用壳聚糖的絮凝作用，可作为许多液体产品或半成品的除杂剂。例如，用于糖汁澄清，取得了极好的效果。单宁酸与壳聚糖并用处理糖蜜，能有效地澄清糖蜜，即使糖蜜的固形物含量高达50%60%，胶体杂质也能迅速凝集沉降。另外，在酒类、果汁除浊方面，也取得了良好的效果2。2.作为防腐剂，壳聚糖可抑制细菌、霉菌生长，因此常加于腌制食品中或用于海产(虾)、水果(荔枝、猕猴桃)的保鲜。由于极性基团的存在，壳聚糖对水有很高的
11、亲和力和持水性，这对半干半潮食品的保湿有重要作用。3.作为特用食品辅料，壳聚糖和壳聚糖的脂肪酸络盐可作为脂肪清除剂添加到食品中，成为紧俏的减肥食品。另外，壳聚糖是很方便的成膜材料，而且这种膜是可食用膜，同时又可在水和热水中保持原状，因此特别适合于固体、液体食品的包装。香肠肠衣类的膜也是壳聚糖与其他物质复合制成的。（2） 壳聚糖在医用方面的应用随着医用科技的发展，壳聚糖做为一种新兴医学材料被广泛地应用于医用，医学领域。 壳聚糖具有良好的生物相容性和生物降解性，降解产物一般对人体无毒副作用，在体内不积蓄，无免疫原性，因而在生物医学领域有着极广阔的前景。已开发和潜在的应用实例包括人工皮肤(创伤敷料)
12、、手术缝合线与骨修复材料、抗凝血剂和人工透析膜、药物制剂和药物释放剂等。此外，利用其成膜性、可吸收性和杀菌性，用于制备人造皮肤、人造血管、手术缝合线、用作止血剂和伤口愈合剂、抗肿瘤剂、免疫促进剂和抗胆固醇剂，又可作为人工肾的吸附解毒剂，脱内毒素超滤膜。作为药用辅料，其粘性、可压性、流动性和崩解性均非常优秀，也可广泛用于缓释剂及胃漂浮片上。壳聚糖可增强动物免疫监控系统，具有调节内分泌系统的功能，使胰岛素分泌正常，抑制血糖升高，降低血脂。可降低血清和肝脏中的胆固醇浓度，用作降胆固醇剂 。壳聚糖能调节体内的pH 值到弱碱性，提高胰岛素的利用率，有利于防治糖尿病3。除此之外，壳聚糖曾在1991年被欧美
13、学术界誉为继蛋白质、脂肪、糖类、维生素和无机盐之后的第六生命要素。据文献报道，壳聚糖对疾病的预防和保健作用有：强化免疫功能；降低胆固醇；降血压，降血糖，强化肝脏机能；使血管扩张，从而改善腰酸背痛症状；治疗烧伤，烫伤，加速外伤愈合；防止胃溃疡，吸附体内有害物质并排出体外等。此外，壳聚糖还能够用作凝胶化试剂，生物传感器，合成人工器官（人工皮肤、粘膜、腱、牙、骨）及骨固定棒材，还可作减肥药使用。（3）壳聚糖在水处理方面的应用环境保护正日益受到人们的关注，尤其是水环保4。壳聚糖有良好的吸附性能，可用于金属富集、回收、分离、污水处理等。应用壳聚糖从工业废水中回收铜已达工业化。壳聚糖分子因为有氨基存在，成
14、为天然阳离子絮凝剂，而一般的污物带有负电荷，因而壳聚糖可使带相反电荷的物质胶凝而沉淀。壳聚糖对于活性污泥有很强的絮凝作用，能有效地处理食品工业废水，沉淀废水中的悬浮物。壳聚糖对许多物质具有螯合吸附作用，其分子中的氨基和与氨基相邻的羟基与许多金属离子(如Hg2 + 、Ni2 + 、Cu2+ 、Pb2 + 、Cd2 + 、Ag2 + 等)5 能形成稳定的螯合物，用于治理重金属废水、湿法冶金中分离金属离子及在净化自来水等。自来水的消毒，普通使用氯气或漂白粉，虽然消毒效果好，成本低，但在自来水中会产生和残留三氯甲烷、四氯化碳、二氯甲烷、二氯乙烯、邻二氯苯、对二氯苯、氯代愈创木酚、氯代酚等卤代物，研究表
15、明，有些氯代物是致癌物或潜在致癌物，因此现在许多国家的自来水厂已不用这种消毒方法，我国则还普遍采用，而且用量很大，常常在打开自来水龙头时有一股呛鼻的氯气味，水中的氯代物品种多，严重影响人民群众的健康。现在各种各样的家用净水器销路看好，是人们认识到饮水对健康的重要性而采取的一种保护措施。但这些净水器中装的大都是活性炭，而活性炭虽能除去自来水中一些杂质，却不能有效地吸附卤代物。壳聚糖却能有效地除去自来水中的这些卤代物。将壳聚糖按照前述制备纤维的方法纺丝，切成3cm长的短纤雌，加工成棉絮状，即成净水剂。用这种净水剂与人造丝和活性炭作比较，即可见其独特的作用。此外，壳聚糖能通过络合及离子交换的作用，对
16、染料、蛋白质、氨基酸、核酸、酶、卤素等进行吸附，用于染料废水、印染废水、食品工业废水的处理6 ，从而净化环境，保护人类健康。（4） 壳聚糖在农业中的应用 壳聚糖可作许多粮食、蔬菜种子的处理剂，激发种子提前发芽，提高发芽率和抗病力，这是壳聚糖应用的一个新的领域。例如，通过壳聚糖溶液对玉米种子进行拌种处理，可以减轻甚至消除玉米的黑穗病7。利用壳聚糖的抗菌能力和改善土壤的作用，可将壳聚糖与可溶性蛋白合成液体土壤改良剂，这种改良剂有适当的稳定性和可降解性，降解后是优质的肥料。采用壳聚糖与纤维素混合，在一定的温度下流延干燥，即可形成薄膜，这种薄膜可生物降解，这样就可以有效地抑制愈加严重的农田“白色污染”现象。壳聚糖还可以作为鸡饲料、鱼饵添加剂使用。乳制品工业中产生的大量乳清，在正常状态下，鸡食用后吸收并
