文档介绍：中南民族大学
硕士学位论文
壳聚糖衍生物的制备及吸附重金属离子行为的研究
姓名:金惠
申请学位级别:硕士
专业:@
指导教师:@
20100501
壳聚糖衍生物的制备及吸附重金属离子行为的研究
第 1 章绪论
重金属的危害及其污水处理
水环境重金属的危害
随着工业快速发展和城市化进程加快,越来越多的工矿业和生活等污水未经处理直
接排放,引起水域重金属污染。同时,富含重金属的大气沉降物的输入,在降雨作用下,
使地下水中重金属含量急剧上升,引起水表层重金属污染。重金属废水及其化合物能在
水生物体及植物体组织内累积富集,通过饮水和食物链的生物积累、浓缩、放大等作用,
最终对人体健康造成严重危害。在这些重金属污染物中,铅、镉、铜、锌、铬、和汞危
害较大而普遍。
人体铅负荷增加对人的神经有一定的损害,被人吸收后有慢性中毒作用。镉是人体
非必需元素,常以化合物状态存在。镉被人体吸收后,在体内形成镉硫蛋白,选择性地
蓄积在肝,肾中。中毒症状表现为动脉镉中毒。铜是必需微量元素,但应用不当,也易
引起中毒反应。铜盐的毒性比金属铜大,尤其是水溶性盐如CH3COOCu和CuSO4。食入锌
过多可引起急性锌中毒,有呕吐、腹泻等胃肠道症状。工厂锌雾吸入可有低热及感冒症
状,慢性锌中毒可有贫血等症状。锰对线粒体有特殊亲和力,影响神经突触的传导能力。
铬的化合物在工业上应用较多,如电镀、化工、印染等行业都含有Cr(Ⅲ) 和Cr(Ⅵ),使局
部地区受到铬污染。铬对人体的危害主要是由六价铬化合物所致。六价铬是一种常见的
致癌物质,对人体和农作物均有毒害作用。它能降低生化过程的需氧量,从而发生内窒
息,铬盐对肠胃均有剌激作用。汞是一种毒性大、熔点低、挥发性强的金属由于汞的
污染物有形态的多变性、毒性的不可降解性、生物的累积性、物理化学行为的可逆性等
因此可通过一系列复杂的物理化学过程被动植物富集并且通过食物链进入人体危害
人类健康如发生中枢神经性的水俣病。
重金属污水的处理
目前电镀、制革、化工等行业每年都产生大量的含重金属废水这类废水的处理是
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世界性的难题之一。重金属不能被降解,只能改变其状态,或形成配合物或螯合物,从
污水中分离。已开发应用的废水处理方法主要有3种:第一种是通过发生化学反应除去
重金属,包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、化学还原法、电化学还原法、高分子重金属
捕集剂法等;第二种是在不改变重金属化学形态的条件下除去金属,包括吸附、溶剂萃
取、离子交换等方法;第三种是借助微生物或植物的絮凝、吸收、积累、富集等作用除
去污水中的重金属,包括生物絮凝、生物吸附、植物整治等方法。
化学沉淀法处理废水会产生大量含重金属离子的污泥产生二次污染。电解法简单
易行但前期一次性投入较大企业难以承受。吸附法因其操作简单、处理效率高、二
次污染小而备受关注。用于重金属污水处理的常用吸附剂有活性炭、离子交换树脂、
矿物吸附剂、天然有机高分子吸附剂如:纤维素、淀粉、壳聚糖等。传统的
离子吸附剂采用活性炭虽然处理效果较好但活性炭来源有限、成本较高、恢复活性会
导致碳损失;离子交换树脂吸附剂损失少,但原材料来源于石油,成本高,pH值影响大,
亲水性低。壳聚糖因资源丰富、环境友好、吸附能力高、扩散性能高、高吸附性和选择
性吸附、多功能吸附剂和易恢复活性等优点成为研究重点材料之一。
壳聚糖
壳聚糖(Chitosan,简称CTS)又名甲壳质(Chitin)、几丁质、甲壳素,壳多糖、聚乙酰
氨基葡萄糖等,它是由N-乙酰-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖以ß-1,4糖苷键形式连接而成,是
天然多糖甲壳素的脱乙酰基产物,是唯一的碱性天然的有机高分子多糖。壳聚糖广泛存
在于真菌的细胞壁和植物的细胞壁,昆虫的表皮、乌贼、贝壳等软体动物骨骼内,尤其
是虾、螃蟹等无脊椎动物的外壳中富含1/4~1/3的甲壳素,是地球上仅次于植物纤维
的第二大生物资源。壳聚糖出于游离氨基的存在,不溶于水、碱、稀的硫酸、磷酸、
乙醇和丙酮,可溶于稀的盐酸、硝酸等无机酸和水杨酸、酒石酸及抗坏血酸等有机酸。
在稀酸中,壳聚糖的主链会缓慢水解,溶液的粘度也逐渐降低,所以壳聚糖溶液一般是
临时配制。壳聚糖独特的分子结构和物理、化学性质,使它在废水处理、医学和药物制
剂学、化工、食品、化妆品、纺织、印染、造纸、农业、环保以及酶的固定化载体等方
面具有广泛的用途。近几年来,随着学科的相互交叉和渗透,研究的深入和环境保护的
需要,壳聚糖对金属离子的吸附性能研究和应用日趋活跃。
壳聚糖大分子键上分布着许多氨基、羟