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壳聚糖衍生物絮凝剂在水处理领域的应用 摘要： 进入21世纪，全球水资源的空前短缺引发了人们对于保护水资源的深入思考。如何高效的处理饮用水与生活、工业污水的排放，给居民水资源使用带来安全保障，实现环境保护的主旨，已经在困扰着人们。絮凝剂作为水处理中不可或缺的环节，对于水质清理与净化提供了强有力的保证。壳聚糖及其衍生物作为天然存在的阳离子聚电解质高分子，具有良好的生物相容性、可降解性、无毒无害等优良性质，在水处理领域得到了广泛的关注，CTS系列絮凝剂已在水处理中得到了大力推广。 本文的主要内容在于阳离子型天然高分子絮凝剂——CTS衍生物絮凝剂的介绍。文中将关于化学絮凝剂、混凝剂的分类、应用、特点；CTS絮凝剂的絮凝作用原理；常见CTS衍生物絮凝剂的制备方法、工艺、特性以及其在水处理各个领域的实际应用情况进行陈述。CTS衍生物絮凝剂的飞速发展，必将带来水处理行业的又一次飞跃与变革。 关键词： 壳聚糖，衍生物，水处理，絮凝剂 1. 绪论 当今世界水污染严重，特别是许多工业污水含有有毒有害物质，对水体生物及人体健康造成了严重的危害。目前已有80个国家约20亿人缺水，水污染造成的资源短缺和“水质型”缺水已成为各国迫切需要解决的问题。 化学絮凝是水处理和水污染控制的重要单元操作及方法之一。通常也是必不可少的部分，在水处理中占有及其重要的地位。水处理中，化学絮凝主要是去除水中悬浮胶体及颗粒，具有很好的除浊除藻功能；同时还具有去除有机物、重金属、放射性有毒物质和致病微生物等作用。因而研究化学絮凝原理及其方法对水处理及相关发展领域具有极其重要的意义。 壳聚糖衍生物是唯一的一类动物多糖类絮凝剂，作为一种天然无毒的有机高分子聚合物，在水处理中正发挥着越来越广泛的重要性。它不仅可以取代传统的化学絮凝剂用于饮用水原水的絮凝净化处理，而且对于污泥脱水、染料废水的脱色、重金属离子的去除等方面具有独特的效果。较之于传统的合成高分子絮凝剂和无机絮凝剂，具有更高效、更经济、来源更广泛、无毒无害等独特的优势，使其作为一种新兴的水处理原料得到了更多关注。近年来，壳聚糖在絮凝剂方面的应用研究进展很快，并且有相当部分已进入实用阶段或实现商品化。日本每年用于水处理的壳聚糖约500吨，主要用于水处理及污泥处理，美国环保局已批准将壳聚糖用于给水及饮用水的净化。而越来越多的壳聚糖衍生物则实现了商品化生产，在环境保护中发挥着举足轻重的作用。 壳聚糖分子中含有丰富的活性官能团，如C2位的氨基-NH2与C3、C6位的羟基-OH，使其能与许多污染物质（如多酚类、重金属离子、蛋白质等）产生相互作用或形成化学键，从而达到使其沉降去除的效果；其分子结构亦决定了可以对其进行改性处理，如烷基化、酰基化、硫酸酯化、羟基化、羧基化、胺基化等反应，制备出具有更加优异性质的壳聚糖衍生物。这些壳聚糖衍生物通常都具有较高的分子量和较多的支链，使其易于捕集水中的各种有害物质，使水质得以提高，并且作为天然高分子物质的改性衍生物，具备无毒、可降解、不污染环境、凝胶性、起泡性、增稠性以及表面活性等优良的性质。以壳聚糖及其衍生物为材料应用于水处理已经成为甲壳素化学与环境化学的热点与焦点之一。本文主要介绍壳聚糖絮凝剂的作用原理，几种常见的壳聚糖衍生物絮凝剂及其在水处理行业的应用情况，以及壳聚糖絮凝剂的前景及发展情况。 2. 絮凝剂的分类 凡是用来将水溶液中的溶质、胶体或者悬浮物颗粒产生絮状物沉淀的物质都叫做絮凝剂。根据絮凝剂的组成，可将其分为无机絮凝剂和有机絮凝剂；根据它们相对分子质量的高低，可将其分为低分子和高分子两大类；按其解离后官能团所带电荷的性质，还可将其分为非离子、阴离子、阳离子和两性等类型。 2.1 无机絮凝剂 无机絮凝剂应用历史非常悠久，我国使用明矾净水技术已有几千年了。自1884年美国人海亚特取得了滤池处理水以硫酸铝预处理的专利以来，铝盐在水处理工业中占有重要地位。到20世纪60年代，聚合氯化铝（PAC）以其优越的净水性能被广泛应用。目前我国硫酸铝的生产能力约100万吨，PAC生产厂家超过100家。 无机絮凝剂根据相对分子量的高低可分为无机低分子絮凝剂和无机高分子絮凝剂。无机低分子絮凝剂主要包括硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁等；无机高分子絮凝剂根据所带电荷的性质可分为阴离子型和阳离子型两大类，其中阳离子型主要包括聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合硅酸铝、聚合硅酸铁、聚磷氯化铝、聚磷硫酸铁等；阴离子型主要有聚合硅酸等。无机高分子絮凝剂原料易得、制备简便、价格便宜，已在水处理领域发展比较成熟，应用广泛。 2.2 有机絮凝剂 根据性质与来源的不同，有机高分子絮凝剂分为合成与天然高分子絮凝剂。 2.2.1 合成有机高分子絮凝剂 合成有机高分子絮凝剂根据分子脸上所带电荷的性质，可以分为非离子、阴离子、阳离子和两性等类型