磁性殼聚糖微球在有機廢水處置領(lǐng)域的應用研究

背景介紹隨著工業(yè)化的發(fā)展，社會的進步，我們?nèi)祟悷o可避免的產(chǎn)生各種有機廢水。如何高效處置工業(yè)有機廢水成為業(yè)界亟待解決的關(guān)鍵問題。磁性殼聚糖微球（MCM）是將可分離的磁性物質(zhì)通過殼聚糖包裹而形成的微粒，具有可回收、吸附效率高等特點，因而在廢水處理、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、紡織等領(lǐng)域得到廣泛的應用，特別是在化工生產(chǎn)廢水處置行業(yè)。以磁性殼聚糖微球為代表的吸附回收技術(shù)由于其吸附效率高、綠色環(huán)保、可回收利用等優(yōu)點備受業(yè)界關(guān)注。文章亮點1.

系統(tǒng)綜述了近年來磁性殼聚糖微球吸附劑國內(nèi)外相關(guān)研究進展；2.

對磁性殼聚糖微球吸附劑未來發(fā)展趨勢進行梳理和展望；3.為磁性殼聚糖微球吸附劑在有機廢水，特別是工業(yè)有機廢水處置領(lǐng)域的相關(guān)研究提供一定的理論基礎(chǔ)。圖文介紹1磁性殼聚糖微球制備研究1.1

磁性殼聚糖微球結(jié)構(gòu)分類MCM可以分為以下3種類型（圖2）：第1類如下圖

A型所示，無機磁性金屬顆粒被殼聚糖聚合物包裹，從而提高磁性材料穩(wěn)定性，形成典型的核殼結(jié)構(gòu)。1.2

磁性殼聚糖微球制備方法1.2.1

常見的磁性粒子目前，制備磁性Fe3O4納米粒子的方法有以下幾種：共沉淀法、微乳液法、水熱合成法、熱分解法、溶劑熱法和溶膠-凝膠沉淀法等。1.2.2

共沉淀法共沉淀法是將三價鐵離子（Fe3+）與二價鐵離子（Fe2+）在堿性條件下（氫氧化鈉溶液或氨水）混合而生成Fe3O4納米粒子。1.2.3

微乳液法微乳液是由熱力學穩(wěn)定分散的互不相溶的兩相液體組成的宏觀上均一而微觀上不均勻的液體混合物，其通常是由表面活性劑、助表面活性劑、油和水組成。通過調(diào)節(jié)各比例可以得到正向的微乳液油包水（W/O）型和反向微乳液水包油（O/W）型，每個乳液內(nèi)部等同于一個微型反應器，控制反應物可以影響磁性微球成核及生長過程。1.2.4

水熱合成法水熱法是指以水或乙醇為溶劑，在高溫高壓的水熱釜內(nèi)使難溶的前驅(qū)體溶解、再經(jīng)過反應、離心、重結(jié)晶得到均勻產(chǎn)物。1.2.5

熱分解法熱分解法是通過鐵金屬化合物的前驅(qū)體（如Fe(CO)?、Fe(CuP)?、Fe(C?H?O?)?、FeCl?·6H?O等）在高沸點溶劑和表面活性劑的作用下產(chǎn)生鐵納米顆粒，再將鐵納米粒子氧化得到Fe3O4。通過控制金屬有機物、表面活性劑（烷基二醇）和溶劑（苯醚、芐醚、十八烯）、反應溫度、反應時間可以控制磁性納米粒子的性質(zhì)。1.2.6

溶劑熱法溶劑熱法和水熱法類似，在高壓高溫密閉體積內(nèi)，以有機物或非水介質(zhì)為溶劑，使前驅(qū)物發(fā)生非均相反應的一種方法，具有較高的產(chǎn)品純度和粒子均勻性。1.2.7

溶膠-凝膠法溶膠-凝膠法是通過硫酸鐵鹽的水解和聚合反應得到金屬氧化物的溶膠，再將濃縮后的凝膠溶液經(jīng)磁場分離后得到Fe3O4顆粒，再經(jīng)過洗滌，干燥，研磨得到磁性的粒子顆粒。1.3

常用交聯(lián)劑殼聚糖本身是線性分子，在弱酸條件下，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易溶解流失。通過交聯(lián)劑可以與殼聚糖分子相互連接，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強其機械能力和pH適用范圍。常用的交聯(lián)劑有戊二醛（GLA）、環(huán)氧氯丙烷（EPI）、三聚磷酸鈉（TPP）、冠醚、硅烷偶聯(lián)劑。通過交聯(lián)殼聚糖與磁性粒子，提高對重金屬粒子與染料的吸附效果。1.4

磁性殼聚糖微球的改性雖然殼聚糖本身具有很多優(yōu)良的性能，但將其直接應用于水處理時仍存在一些問題：一是粉末狀殼聚糖經(jīng)吸附后難以循環(huán)利用；二是其本身的陽離子性對陽離子染料吸附容量較低、吸附選擇性差，這些問題限制了其應用范圍，有必要對其進行改性。1.4.1

接枝共聚接枝共聚方法包括紫外線導致的接枝改性、氧化還原體系為引發(fā)劑的接枝改性、輻照引發(fā)體系和共價接枝等。1.4.2

金屬螯合改性螯合指金屬離子和配位原子連接形成的具有雜環(huán)結(jié)構(gòu)的過程。殼聚糖的活性基團主要是氨基與羧基，金屬離子與其螯合，形成類似蟹鉗的結(jié)構(gòu)，具有更高的穩(wěn)定性。1.4.3

烷基化改性烷基化殼聚糖是指將烷基引入殼聚糖分子中的N或者O位置上，使得殼聚糖的溶解度發(fā)生一定變化。由于殼聚糖分子中的氨基基團和羥基基團的活性不同，氨基活性強于羥基基團，因此經(jīng)過烷基化改性的產(chǎn)物通常被稱為N-烷基化產(chǎn)物。1.4.4

分子印跡改性分子印跡指用模板分子與殼聚糖配位，在殼聚糖內(nèi)部形成具有特定目標與功能的空穴后，再洗去模板分子，保留“記憶”得到具有特異性識別粒子的空腔。2磁性殼聚糖微球在有機廢水處理中的應用研究進展2.1

磁性殼聚糖微球在印染廢水處理中的應用研究]結(jié)合MgO和磁性CS的優(yōu)點制備了能夠在pH很寬的范圍下進行自適應的吸附陰離子的吸附劑（MgO-MCS），當吸附劑用量從0.05增加到0.3g/L時，剛果紅的去除率由28.60%提高到92.79%，pH范圍在4~

10時，MgO-MCS無論對剛果紅還是甲基橙染料去除率都會高于MCS。結(jié)果證明，MgO-MCS吸附能力的提高來源于更多的微孔結(jié)構(gòu)和范德華力的綜合作用。2.2

磁性殼聚糖微球在乳化油廢水中的應用研究由于乳化液空間存在結(jié)構(gòu)障礙和靜電斥力，用傳統(tǒng)方法分離乳化液十分困難。2.3

磁性殼聚糖微球在其他有機廢水中應用分別將焦化廢水中的微生物菌株Sahand110固定在海藻酸鈉（NA）和磁性殼聚糖-海藻酸鹽（MCA）納米顆粒上，比較兩者對苯酚的去除率。在最優(yōu)溫度和pH條件下，固化后在MCA顆粒上的菌株能夠在96h內(nèi)降解100%的1000mg/L的苯酚。3結(jié)論與展望

由于MCM無毒無害、綠色環(huán)保、易于獲取等優(yōu)點,其廣泛應用于醫(yī)藥、水處理等行業(yè)。特別是易于分離和回收的特點使MCM在水處理領(lǐng)域具有巨大優(yōu)勢。隨著我國水污染特別是有機廢水問題的加劇，有機廢水處置技術(shù)領(lǐng)域具有極大的發(fā)展空間。研究開發(fā)不同的磁性殼聚糖微球，優(yōu)化工藝流程，選擇綠色環(huán)保的改性單體，優(yōu)化殼聚糖化學結(jié)構(gòu)，強化分離重復性，拓展應用領(lǐng)域是未來的重要發(fā)展方向。雖然目前MCM領(lǐng)域已取得極大進展，但是該領(lǐng)域仍然存在很大的發(fā)展空間。今后可以在以下幾個方面開展重點研究：①目前MCM分離循環(huán)能力尚且不足，需要進一步設計制備磁性更高，穩(wěn)定性更好的納米粒子，保證其循環(huán)