壳聚糖处理污水中的应用

目录摘要……………………………………………………………………...ABSTRACT…………………………………………………………………..绪论…………………………………………………………...11壳聚糖的结构和性质……………………………………..1.1壳聚糖的结构…………………………………………..1.2壳聚糖的性质..................................2壳聚糖的改性及应用……………………………………..2.1季铵化及应用……………………………………………2.2O-酰化和N-酰化………………………………………..2.3.羧基化反应及应用………………………………………2.4.席夫碱反应及应用………………………………………2.5.接枝共滚与交联及应用………………………………..3壳聚糖及其衍生物在水处理中的应用…………………..3.1在印染废水处理中的应用……………………………….3.2在食品工业废水处理中的研究与应用………………….3.3在造纸废水处理中的应用……………………………….3.4在城市污水处理中的应用……………………………….4实验………………………………………………………..4.1主要实验仪器与试剂…………………………………….4.1.1主要实验仪器……………………………………….14.1.2实验试剂……………………………………………….4.2实验准备4.2.1配置实验废水…………………………………………4.2.2配置实验试剂…………………………………………4.3实验步骤与方法……………………………………………4.3.1测定废水COD值的方法……………………………….4.3.2COD-Cl-标准曲线的绘制……………………………..4.3.3实验步骤……………………………………………….5结论…………………………………………………………..5.1壳聚糖处理废水实验………………………………………..5.2丙烯酰胺改性壳聚糖处理废水实验………………………..5.3壳聚糖与丙烯酰胺改性壳聚糖处理废水实验的总体总结..参考文献……………………………………………………………答谢……………………………………………………………….2壳聚糖处理氯代有机废水技术研究专业：环境工程姓名：徐茂娟指导老师：刘娟丽摘要本文叙述了壳聚糖的结构、性质，壳聚糖的改性及其应用，及其壳聚糖在水处理中的应用。重点用实验研究了壳聚糖、丙烯酰胺改性壳聚糖处理兰州某工厂的氯代有机废水的最佳PH、最佳投加量，及COD的最大去除率。关键字壳聚糖，絮凝剂，含氯废水，絮凝试验ABSTRACTThispaperdescribesthestructure,propertiesofchitosan,themodificationandapplicationofchitosan,andchitosanapplicationinwatertreatment.Experimentalstudiesfocusonuseofchitosan,chitosantreatmentmodifiedacrylamideafactoryinLanzhoubestofchlorinatedorganicwastewaterPH,optimaldosage,andthemaximumCODremovalrate.Keywords:Chitosan,Flocculant,Chlorinatedwater,Flocculationtest3绪论随着工业的发展，工业废水越来越多，水污染日益加剧，淡水资源日益匮乏，人们的生活和社会的发展受到不同程度的影响。氯代有机物污染具有广泛性和危害性，已经成为一个全球性的环境问题,引起社会密切关注。欧共体公布的污染物黑名单上，卤代物和在环境中可以形成卤代物的物质排在前列，主要包括氯代脂肪烃和芳香烃及其衍生物。在我国，也越来越关注氯代有机物污染，其中对氯仿、氯苯、四氯化碳、邻二氯苯、对二氯苯等制定了严格的排放标准。然而，用传统的水处理方法和药剂来处理废水，处理效果不佳,生产成本较高,前期一次性投入较大,并且大多数会产生二次污染。而用壳聚糖及其衍生物处理废水,可生物降解、安全无毒、无二次污染,是用于废水处理一种效果较好的絮凝剂。1壳聚糖的结构和性质1.1壳聚糖的结构壳聚糖是一种从虾、蟹等甲壳类动物的外壳中提出来的高分子化合物,是由甲壳素经过一系列化学处理-脱乙酰基后得到转化变成的分子量为12-59万的生物大分子的产物,故又称脱乙酰基甲壳素。壳聚糖又可称为可溶性甲壳质、甲壳胺、脱乙酰几丁质、聚氨基葡萄糖、可溶性甲壳素、几丁聚糖,是由N-乙酰-D-氨基葡萄糖单体通过β-1,4糖苷键连接起来的直链状高分子化合物,化学名称为(1,4)-2-氨基-2-脱氧-B-D-4葡聚糖,是无臭，白色或乳白色的粉末或鳞片状固体,在沉淀过程中常形成纤维状。壳聚糖具有α、β和γ三种构象,它的分子链是以螺旋形式存在,α-型壳聚糖研究较多,因为这种构象的壳聚糖存在最多,也最易获得。1.2壳聚糖的性质壳聚糖是白色无定型、略带珍珠光泽的半透明的固体,因其原料和制备方法的不同,其分子量从数十万到数百万不等。粗壳聚糖相对分子质量为1.0×105～1.0×106,通常其脱乙酰度为80%～95%；纯净的壳聚糖为白色或灰白色的半透明的片状固体。壳聚糖的主要特性有:(1)化学性质稳定,由于分子间的氢键作用,使其呈紧密的晶体结构,不溶于一般有机溶剂和碱、水,但可溶于部分无机酸（PH6）（如稀盐酸、硝酸等），也可溶于大多数有机酸溶液,但是其不溶于稀的硫酸、磷酸。壳聚糖分子内含有羟基和氨基等活性基团,化学性质活泼,易发生羧基化、水解、交联等反应从而获得新的结构和性能，这样又赋予了其特殊的性质,例如吸附性、通透性、成膜性和成纤性、吸湿性和保湿性。(2)壳聚糖作为一种天然高分子化合物,是安全无毒、可生物降解、价廉易得、资源丰富，具有优良的生物亲和性和环境相容性。(3)壳聚糖的溶解性与脱乙酰度、相对分子质量、黏度有关,脱乙酰度越高,相对分子质量越小,越易溶于水;相对分子质量越大,黏度越大。（4）壳聚糖及其衍生物作为水处理药剂时有絮凝性好、无毒或低毒、吸附螯合能力强、无二次污染等优点。52壳聚糖的改性及应用2.1.季铵化及应用低分子的有机季铵盐是阳离子表面活性剂,为了改善性能,后来又发展出了高分子季铵盐。高分子季铵盐作为阳离子表面活性剂、絮凝剂、抗菌剂等,发挥了许多作用。张亚静【31】等用氯化三甲基壳聚糖季铵盐作为絮凝剂处理宁波味精厂排出的谷氨酸发酵母液,随着pH值的增加而提高,适宜的pH值为9～13,CODCr去除率在80%以上。2.2.O-酰化和N-酰化由于壳聚糖分子键上既有羟基又有氨基,因此酰化反应既可是发生在羟基上生成酯,也可以发生在氨基上生成酰胺。壳聚糖可与有机酸的衍生物如酸酐、酰卤（主要是酰氯）等反应,导入不同分子量的脂肪族或芳香族酰基。反应一般得到N-酰化产物，O-酰化产物的生成较困难。2.3.羧基化反应及应用氯代烷酸或乙醛酸可以与壳聚糖上的羟基、氨基进行反应,得到相应的羧基化壳聚糖衍生物,其中研究最多的是羧甲基化反应。羧甲基壳聚糖因其良好的水溶性和绿色环保性,在环保、水处理等领域得到越来越广泛的应用。韩蕴华【28】等研究了用水溶性羧甲基壳聚糖做絮凝剂对含油漆废水进行处理，取得较好效果。62.4.席夫碱反应及应用醛酮与壳聚糖上的氨基发生席夫碱反应,生成相应的醛亚胺和酮亚胺多糖。吴根【29】等用香草醛改性壳聚糖处理洗毛废水，对SS和COD的去除率分别达到96.33％和65.8%。2.5.接枝共滚与交联及应用壳聚糖分子键上的有很多活性基团,可以进行接枝共聚反应,也可通过双官能团的醛或酸酐等进行交联,从而改进它们的性能,满足特殊的需要。首先是醛基与壳聚糖分子链上的氨基生成席夫碱结构,其次才是醛基与分子链上羟基的反应。常用的交联剂有环氧氯丙烷、戊二醛、环硫氯丙烷等,壳聚糖分子中的活性基团羟基和氨基既是吸附作用的活性中心,又是发生交联反应的活性中心。交联后的壳聚糖和未交联的壳聚糖在吸附性和酸溶性等方面都有所改善。由于交联壳聚糖对金属离子和染料的较好吸附性及选择性,可作为一种富集分离剂和废水处理剂使用。3壳聚糖及其衍生物在水处理中的应用壳聚糖在国内外的水环境处理中越来越受到关注，美国主要将其用于给饮用水及水的净化,我国则将其广泛应用于给水及饮用水、工业废水和生活废水的净化,有效去除金属离子、COD、染料、N和P等,还具有抑菌作用。73.1在印染废水处理中的应用目前，印染废水的处理技术主要有絮凝法、吸附法。在絮凝法中,传统无机絮凝剂对水溶性染料或分子量较小的染料处理效果往往不能达标；而高分子絮凝剂因为具有投加量少、污泥脱水容易等优点，所以倍受青睐。林静雯【30】等研究用丙烯酰胺与壳聚糖接枝共聚物作为絮凝剂对印染废水絮凝处理,并且与壳聚糖的絮凝效果的进行了比较,结果表明,其絮凝效果明显好于壳聚糖的絮凝效果,在pH值为5～8范围内,当丙烯酰胺与壳聚糖接枝共聚物浓度为100mg/L时,对印染废水的COD去除率分别为最好。3.2在食品工业废水处理中的研究与应用在生产鱼粉时,熟鱼压榨出来的液体中含有悬浮的碎鱼肉,虽然经过高速离心,但仍然含有大量的悬浮蛋白胶体颗粒,如果在1000份这种悬浮液中加入35份0.5%壳聚糖的乙酸溶液,悬浮物可以凝集分离,增加鱼粉的收率,并且COD的去除率达到50%以上。黄慧【32】等研究了以壳聚糖作为絮凝剂絮凝沉降粉丝废水。结果表明,絮凝沉降速度快,COD除去率为86%。而且，在pH条件为6.5-8.5时,高浓度比较低浓度的壳聚糖絮凝效果好,煮沸废水有利于沉降。3.3在造纸废水处理中的应用张亚静【33】等用氯化三甲基壳聚糖季铵盐作絮凝剂处理造纸废水,在pH值为8～13时,COD去除率可达75%以上。较高浓度时的絮凝效果优于低浓度时,适当延长缓慢搅拌时间,能提高絮凝效果;另外,壳聚糖季铵盐与8阴离子絮凝剂配合使用可使废水COD进一步降低。石中亮【35】等将壳聚糖处理制浆造纸废水,发现壳聚糖絮凝剂既有较高COD去除率、又可以避免二次污染,有较好的环保效果。程建华【34】以壳聚糖、丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵为原料，选择过硫酸铵－亚硫酸氢钠为引发剂，EDTA-2Na作为金属离子螯合剂，合成了壳聚糖接枝丙烯酰胺二甲基二烯丙基氯化铵絮凝剂，应用于造纸废液处理对COD去除率达到52.0%，3.4在城市污水处理中的应用曾德芳【36】研究了壳聚糖复合絮凝剂在不同来源城市生活污水处理中的应用,确定了最佳投加量,它与传统的絮凝剂相比,COD的去除率提高7%～13%，药剂添加量减少76%-82%。4实验4.1主要实验仪器与试剂4.1.1主要实验仪器仪器设备名称型号生产厂家电子分析天平ALT04梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司PH计DELTA320梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司加热器六联万用电炉北京科技永兴仪器有限公司JJ-4数显六联同常州国华电器有限公司9搅拌器步电动搅拌器DJ1-60电动搅拌机金坛市环保仪器厂金坛市大地自动化仪器厂其他仪器设备：水浴锅，抽滤器，布氏漏斗，500ml烧杯，玻璃棒，量筒（50ml，100ml，500ml），锥形瓶（250ml，500ml），移液管（1ml，2ml，10ml，25ml，50ml），250磨口锥形瓶，试剂瓶，冷凝管，胶头滴管，滴定管（酸式滴定管，碱式滴定管），三口烧瓶，容量瓶（100ml，1000ml），真空干燥箱，铁架台。4.1.2实验试剂试剂名称规格生产厂家浓硫酸分析纯兰州中联化学试剂有限责任公司氢氧化钠优级纯北京北化精细化学品有限责任公司重铬酸钾优级纯天津市光复精细化工研究所乙酸分析纯·AR烟台市双双化工有限公司硫酸银分析纯上海中秦化学试剂有限公司硝酸银分析纯上海市建信化工有限公司试剂厂硫酸亚铁铵分析纯天津市百世化工有限公司七水合硫酸亚铁分析纯莱阳市双双化工有限公司酚酞指示剂上海中秦化学试剂有限公司铬酸钾分析纯天津市凯通化学试剂有限公司