净水处理剂-改性甲壳胺实际用途

21世纪全球和我国均面临水资源紧缺的突出矛盾。为了节约用水、合理用水和保护环境，研究应用各种水处理有着极为重要的意义。

甲壳素作为高效无毒的饮用水的净化剂，在美国、日本得到普遍使用，美国环保局也批准甲壳素用于应用水的净化。甲壳素作为新型絮凝剂，在处理食品加工厂的废水，回收蛋白质作为饲料方面已被大量采用。

甲壳胺具有无毒、无味、耐碱、耐腐蚀、对环境友好等特点，在废水处理领域具有广阔的应用前景。目前，电镀、冶金、制革、化工等行业每年都产生大量的含重金属离子废水。

甲壳胺的分子链段中含有-NH3和-OH活性基团，能与重金属离子配位形成络合物，可用于含重金属离子废水的处理及贵重金属回收。甲壳胺由于分子中存在羟基、氨基和其他基团，可借氢键也可借盐键形成具有类似网状结构的笼形分子，可对许多金属离子进行螯合，因此能有效地吸附溶液中的重金属离子。不同尺寸大小的甲壳胺对实际废水的处理效果较好。

脱乙酰度较高的甲壳胺在弱酸性乃至水溶液中有一定的溶解性，由于甲壳胺的高亲水性，使之与被吸附的基体分离困难，将甲壳胺包覆在磁性材料上，可以解决吸附过程完成后分离困难的问题，并可以降低甲壳胺的使用量，获得很大的吸附比表面积。将脱乙酰度为85%的甲壳胺包覆在由二价和三价铁离子共沉淀制得的F3O4磁子表面，用环氧氯丙烷作为交联剂进行交联制成磁性甲壳胺（MC),对金属离子有明显的吸附作用，在介质pH值大于5时，MC对镧系和锕系元素的吸附率为95%~99%,在吸附金属离子时具有较好的动力学性能，可在45S内达到吸附平衡。

电镀、电子、冶金、机械加工等行业的生产过程中，均会产生含铜废水。甲壳胺作为一种含有大量-NH2的高分子絮凝剂对金属离子有很强的吸附作用。随着工农业的发展，近岸海域的污染日趋严重，其中重金属离子浓度较大洋海水高数十倍甚至数百倍，因此吸附水中污染物及重金属离子成为高分子吸附剂进行水处理的重要任务。

高分子吸附剂去除水中的重金属离子可以采用"动态流水"和"半静态"吸附原理。

用高分子吸附剂从盐度30,pH值为8.30左右的海水中动态和半静态吸附除去钢、锌、铅、镉离子。为消除重金属离子对海洋生物幼体的毒性，提供了一种极其有效的方法。

甲壳胺作为一种天然高分子吸附剂对重金属离子具有良好的吸附性能，能回收贵重金属。由于甲壳胺吸附重金属离子具有选择性，因此针对某些特定行业如印染、电镀、冶金、制革等行业排放的废水，设计普适性的甲壳胺类吸附剂很必要。

改性甲壳胺分子单体比甲壳胺分子单体中含有较多的羟基和羧基，即其亲水基较多，故有较好的水溶性，可视为一种表面活性剂，可以吸附在金属表面上。当金属表面所吸附的改性甲壳胺分子达到一定浓度后，则改性甲壳胺分子全面地覆盖了金属表面，反应活化能增加，形成了新的电极过程的控制步骤，改性甲壳胺吸附在金属表面上，同时覆盖了部分生长点，使吸附原子的表面扩散途径增大，扩散系数减小，其结果是增大了结晶超电势，电结晶速度缓慢，表面能降低，有利于晶核的生成，可以防止金属水解而稳定镀液，促进阴极的正常溶解，增强阴极表面活性，掩蔽镀液中的金属杂质；最重要的是增大阴极极化，阻碍金属离子的放电，最终改善键层结晶。此外，改性甲壳胺的分子单体中含有较多的羧基官能团，在阴极有可能同金属离子一起被还原析出，并夹杂在键层中；同时改性甲壳胺分子在金属表面形成疏水基群。既可视为一种疏水网，抑制了腐蚀，又可视为网状结构，使其强度得到明显提高。改性甲壳胺作为添加剂的酸性镀铜镀液，其均镀能力、深镀能力、电流效率较高，沉积速度较快。

甲壳胺与无机类絮凝剂复合后，除絮凝效果提高外，甲壳胺的用量大大减少，在降低成本的同时也减少了二次污染可能性。无机-甲壳胺类复合絮凝剂是一有很广阔市场前景的环保型水处理剂。

近年来甲壳胺的应用研究已取得巨大进展，甲壳胺用于水处理是其中最早的应用，它主要用作重金属离子螯合剂和活性污泥絮凝剂，其絮凝作用很强，而且无毒不产生二次污染，并可生物降解。目前，甲壳胺正是以其天然、无毒、易降解和对人体健康无害、具有杀菌作用，很快在水处理的应用中作为合成有机絮凝剂的有效替代品占据了特殊地位。

甲壳胺是食品饮料工业和饮用水、净化的理想吸附剂，它被美国食品药物管理局批准作为食品添加剂，被美国环保局批准作为饮用水的净化剂。

将甲壳胺与无机盐复配，用于饮用水的处理，观察到明显改善的絮体结构，对饮用水中有抑物的去除率从单用无机体系处理时的22%~28%提高到54%~58%。

改性甲壳胺对印染废水的色度去除率在99%以上，COD去除率在70%左右，且絮体生成快，不易破碎，明显优于碱铝。用羧甲基甲壳胺处理毛巾厂的印染废水，在不影响脱色处理效果的前提下，絮凝速度快且絮体不易破碎。将甲壳胺用于处理造纸废水时，COD去除率都在91%上，明显优于聚合氯化铝、明研等净水剂。在去除水中悬浮物的同时，可去除水中对人体有害的重金属离子。

甲壳胺作为一个线性聚胺，当它在酸性介质中溶解以后，随着氨基的质子化，即表现出阳离子聚电解质的性质，不仅对重金属具有蝥合吸附作用，还可以有效地吸附水中带负电荷的微细颗粒。在皮革上应用，既可凝集废水中的染料，又可以捕获废水中的铬、铝等金属离子，降低制革废水的铬含量、COD和色度。用甲壳胺处理废铬液效果明显。

甲壳胺与常用的絮凝剂相比，在每个葡萄糖链节上都在一个氨基，所以具有更大的絮凝能力，用于城市下水道的污水粪便处理污水和工厂等的污染处理中，与合成絮凝剂相比，它安全无毒，易于生物降解，不会产生环境污染，作为天然阳离子型絮凝剂，对活性污泥，蛋白质等具有很强的凝集能力。美国环保局在饮用水的净化，工业废水中使用剂量为19mg/L。在污水处理中，加入少量的甲壳胺，经搅拌沉淀，可降低生物需氧量。

目前工业上使用的离子絮凝剂绝大多数是合成高聚物、毒性相当高，不适合于食品工业中应用，甲壳胺无毒、无味，生物降解性好，最适合食品:Qlk应用，其用途有两种：_是作澄清剂，除去液体如饮料、啤酒等中悬浮的固体微粒，增加透明度，提高产品质量。二是作絮凝剂处理食品加工时的废液，回收蛋白质，作为动物饲料，减少水污染。

甲壳胺可用于各种果汁的澄清，对工业区污水具有良好的吸附性，可有效改善水质。用甲壳胺絮凝剂沉淀的污泥易于脱水，这是高分子絮凝剂所不及的，日本栗田水处理公司用甲壳胺与阴离子高分子絮凝剂配合使用，经二段处理法，先用甲壳胺醋酸盐阳离子聚合物中和污水中一般链负电荷的悬浮污泥粒子的电荷，使之生成高分子电解质复合物，再用阴离子聚合物如聚丙烯酸盐处理，使之成为大的易于脱水絮凝物以促进团絮生成，加速微粒沉降，由此使甲壳胺成为当代最重要和最理想的絮凝剂。

利用甲壳胺高分子与矿物粉末分子表面的强分子间结合力，可分离出金属粉末。甲壳胺粉末，可用于回收核工厂废水中的钻及从海水中提取金属铀，可以产生极大的经济利益。

含有剧毒氰化物的废水，在一定的酸度条件下，在用甲壳胺作为吸附剂后，具有极高的处理能力。由于是酸碱反应，因此反应进行得十分完全。去除率超过97%。

用甲壳胺作为吸附剂可以处理重工业生产中排出的废水。可以降低废水的毒性。如铬、汞、铅等，用于毒性较小的废水。但在废水中含有上述离子时，可以将废水中所排放的金属加以回收，同样具有极好的效果。

难降解有机物是指被微生物分解时速度很慢，分解不彻底的有机物（也包括某些有机物的代谢产物），这类污染物易在生物体内富集，也容易成为水体的潜在污染源。这类污染物包括多环芳烃、卤化烃、杂环类化合物、有机氰化物、有机磷农药、表面活性剂、有机染料等有毒难降解有机污染物。

甲壳胺可通过络合、离子交换作用对染抖、核酸、酚类、卤素吸附。方法如将甲壳胺加入到纤维素、活性炭的盐酸溶液中，将pH调节致弱碱性，经离心分离后可用于活性染料和酸性染料的吸附，吸附容量为264mg/g和421mg/g。用甲壳胺和二硫化碳反应制成的黄原酸，甲壳胺分别处理含镉、汞的废水溶液，甲壳胺：沸石：活性炭为1:1:5配制成吸附剂可有效地去除自来水中的氮气、COD和细菌。

甲壳胺的吸附性能十分突出，作为线性聚胺，当它在酸注介质中溶解以后随着氨基的质子化，即表现出阳离子聚合电解质的性质；一般用于废水处理的阳离子多糖取代度很少超过0.3,而甲壳胺几乎每个单元均有一个氨基，因此，当pH小于6时，有一个高电荷密度，是它不仅能吸附在水中的负电荷微粒表面：并且能与许多重金属离子螯合。经甲壳胺处理的食品加工废水B0D可减少80%~85%,pH为4时，用10mg/L的甲壳胺娃处理废水；可使水的油度降至8.5,混悬的固形物从1620mg/L降至86mg/L。棉絮状甲壳胺或经加工后成纤维状的甲壳素，都能有效除去水中容易引起变异的物质。美国环保局也已批准甲壳胺用于饮用水的净化。

我国有着漫长的海岸线，虾、蟹壳资源丰富。甲壳素及其衍生物的制备工艺并不复杂，在其用途越来越受到国内外重视的情况下，必须加大对虾、蟹壳等可再生资源的研究、生产、应用的科研投入，提高对甲壳素及其衍生物的研究、开发、生产和应用档次。满足国内市场的需要；二是打进国际市场。变资源优势为经济优势。使我国在可再生资源综合利用方面有一个长足的发展。

我国的淡水资源非常有限，有不少地区的水资源受到了不同程度的污染，生态环境受到了很大影响。为了提高生活用水的质量，使工业废水的处理达到排放标准。应大力开展甲壳素及其衍生物在水处理方面的应用研究。随着虾、蟹壳这一可再生资源的充分开发利用，必将对我国的经济和社会带来极大的效益。