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钙改性季铵化壳聚糖微球的制备及其对水中LAS的高效去除研究

一、引言

1.1研究背景与意义

水是生命之源，然而，随着工业化和城市化的快速发展，水资源污染问题日益严峻。据统计，全世界每年约有4200多亿立方米的污水排入江河湖海，污染了5.5万亿立方米的淡水，这相当于全球径流总量的14%以上。在中国，水污染问题也不容乐观，众多河流、湖泊和地下水受到不同程度的污染，严重威胁着生态环境和人类健康。

直链烷基苯磺酸盐（LAS）作为一种常见的阴离子表面活性剂，被广泛应用于洗涤剂、纺织、造纸等工业领域以及日常生活中。随着其使用量的不断增加，含LAS的废水大量排放，对水环境造成了严重污染。LAS具有较强的亲水性和表面活性，进入水体后难以自然降解，会长期存在于水环境中。它能够降低水的表面张力，影响水体的复氧能力，导致水中溶解氧减少，从而破坏水生生态系统的平衡。相关研究表明，水中的LAS会破坏鱼的味蕾组织，使其味觉迟钝，丧失觅食与避开毒物的能力。当LAS浓度达到一定程度时，会对水生生物的生长、发育和繁殖产生抑制作用，甚至导致生物死亡。

传统的污水处理方法如混凝法、吸附法、氧化法等在处理含LAS废水时存在一定的局限性。混凝法需要投加大量的化学药剂，易产生二次污染；吸附法中常用的活性炭等吸附剂存在吸附容量有限、再生困难等问题；氧化法需要消耗大量的氧化剂，成本较高。因此，开发高效、环保、经济的含LAS废水处理技术具有重要的现实意义。

壳聚糖是一种天然高分子多糖，由N-乙酰葡萄糖胺和葡萄糖胺单元以线性结构组成，分子中富含羟基和氨基。这些官能团赋予了壳聚糖良好的生物相容性、可降解性、无毒性和吸附性能。壳聚糖微球作为壳聚糖的一种重要应用形式，具有较大的比表面积和优异的吸附性能，能够有效地吸附水中的污染物。通过对壳聚糖微球进行改性，可以进一步提高其吸附性能和稳定性，使其更适合用于含LAS废水的处理。

本研究旨在制备钙改性季铵化壳聚糖微球，并系统研究其对水中LAS的去除性能和作用机理。通过优化制备工艺，提高微球的吸附性能和稳定性；深入探讨微球与LAS之间的相互作用机制，为其实际应用提供理论依据。本研究对于解决水中LAS污染问题具有重要的现实意义，同时也为壳聚糖微球在水处理领域的应用提供了新的思路和方法，有助于推动环保材料的发展和应用。

1.2国内外研究现状

壳聚糖微球的制备方法多种多样，国内外学者对此进行了广泛的研究。乳化交联法是一种常用的制备方法，通过将药物、乳化剂和壳聚糖混合搅拌乳化制成乳状液，再加入交联剂进行固化，得到壳聚糖微球。该方法能够制备出粒径均匀、结构稳定的壳聚糖微球，适用于药物载体和缓释制剂的制备。然而，传统的乳化交联法也存在一些局限性，如制备过程复杂、条件不易控制等。为了克服这些问题，研究人员对乳化交联法进行了改进，如采用复乳体系引入致孔剂，制备壳聚糖多孔微球，可提升壳聚糖微球比表面积与吸附能力。

喷雾干燥法是另一种常见的制备方法，通过将药物溶于壳聚糖制成溶液，经喷嘴喷入干燥室内，雾滴中的水分被热空气快速蒸发而干燥制备微球。这种方法操作简便、条件温和，适用于大规模生产。离子凝胶法利用壳聚糖分子中的氨基与带负电荷的离子发生凝胶反应，形成壳聚糖微球。该方法具有反应条件温和、无需使用有机溶剂等优点，在生物医学领域具有广阔的应用前景。

在壳聚糖微球的改性研究方面，钙改性和季铵化改性是两种重要的改性方法。钙改性可以提高壳聚糖微球的机械强度和稳定性，同时增强其对某些污染物的吸附性能。有研究表明，通过将壳聚糖微球与钙离子进行交联，可以制备出具有良好吸附性能的钙改性壳聚糖微球，用于去除水中的重金属离子。季铵化改性则可以引入季铵基团，增加壳聚糖微球的正电荷密度，提高其对阴离子污染物的吸附能力。相关研究制备了季铵化壳聚糖微球，发现其对水中的阴离子染料具有较好的吸附效果。

在去除LAS的研究方面，国内外学者采用了多种材料和方法。活性炭作为一种常用的吸附剂，对LAS具有一定的吸附能力，但其吸附容量有限，且再生困难。一些新型吸附剂如石墨烯基材料、金属有机框架材料等也被应用于LAS的去除研究，这些材料具有较高的吸附容量和选择性，但存在制备成本高、工艺复杂等问题。

目前关于壳聚糖微球用于去除LAS的研究相对较少，尤其是钙改性季铵化壳聚糖微球的制备及其对LAS去除性能的研究尚未见报道。已有的研究主要集中在单一改性壳聚糖微球的制备和应用，对于多种改性方法协同作用对壳聚糖微球性能的影响研究不够深入。此外，在作用机理方面，虽然提出了一些吸附机制，但仍缺乏系统的研究和深入的探讨。

1.3研究内容与方法

本研究的主要内容包括以下几个方面：

钙改性季铵化壳聚糖微球的制备：以壳聚糖为原料，