?????? 殼聚糖（chitosan）是甲殼素（chitin）的脫乙酰化產(chǎn)物，化學(xué)名為（1，4）-2-氨基-2-脫氧-β-D-葡萄糖。殼聚糖具有優(yōu)良的 生物相容性和生物可降解性，在醫(yī)藥、化工、食品、環(huán)保等方面具有許多應(yīng)用價(jià)值。在水處理方面，殼聚糖可用作吸附劑、絮凝劑、重金屬離子螯合劑等。其最大優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)產(chǎn)生二次污染，目前最大用量是作為無毒的陽離子絮凝劑處理有機(jī)和螯合中的有毒金屬離子。
??????? 1 殼聚糖對(duì)有機(jī)物的作用
??????? 殼聚糖是直鏈型的高分子聚合物，由于分子中存在游離氨基，在稀酸溶液中被質(zhì)子化，從而使殼聚糖分子鏈上帶上大量正電荷，成為一種典型的陽離子絮凝劑。
??????? 殼聚糖作為絮凝劑，其絮凝機(jī)理主要是：
??????? ①橋聯(lián)作用：絮凝分子借助離子鍵、氫鍵同時(shí) 結(jié)合了多個(gè)顆粒分子，因而起到“中間橋梁”的作用，把這些顆粒聯(lián)結(jié)在一起從而使之形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)沉淀下來；
??????? ②電中和作用：水中的膠粒一般帶負(fù)電荷，當(dāng)帶有正電荷的鏈狀生物大分子絮凝劑靠近膠粒時(shí)，中和其表面上的部分電荷，使膠粒脫穩(wěn)，相互之間發(fā)生碰撞而沉淀；
??????? ③基團(tuán)反應(yīng)：絮凝劑大分子中的某些活性基團(tuán)與被絮凝物質(zhì)相應(yīng)的基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，聚集成大分子而沉淀下來。殼聚糖作為絮凝劑與其他合成高分子絮凝劑相比，更易被環(huán)境中的微生物降解，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。
??????? 殼聚糖含有大量的羥基和氨基，可與其他有機(jī)分子，如蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸、酚類化合物、醌類化合物、脂肪酸等形成氫鍵、共價(jià)鍵或配位鍵而牢固結(jié)合。殼聚糖對(duì)有機(jī)物的吸附有物理吸附、化學(xué)吸附和離子交換吸附?；瘜W(xué)吸附是單層吸附，有選擇性。物理吸附是通過靜電引力、疏水交互作用、范德華力等的吸附，是多層吸附。甲殼素和殼聚糖在溶液中與中的離子進(jìn)行離子交換反應(yīng)是離子交換吸附，為等當(dāng)量交換吸附。
??????? 1.1對(duì)各種染料的吸附
??????? G.Mckay對(duì)殼聚糖吸附染料性能作過詳細(xì)的研究，并對(duì)其吸附染料的機(jī)理做了系統(tǒng)的分析。其研究表明：殼聚糖對(duì)染料的吸附平衡等溫線不是單一的Langmuir和Freundlich等溫線，它更符合Langmuir和Freundlich等溫線的復(fù)合型式，稱之為 General等溫線。殼聚糖對(duì)染料的吸附過程可分為下列5步：
??????? （1）由攪拌設(shè)備產(chǎn)生的混合過程；
??????? （2）染料從液相到殼聚糖顆粒外表面的質(zhì)量轉(zhuǎn)移；
??????? （3）在相的邊界層內(nèi)的反應(yīng)；
??????? （4）在顆粒內(nèi)孔洞中的質(zhì)量轉(zhuǎn)移；
??????? （5）在吸附狀態(tài)下的擴(kuò)散，即顆粒內(nèi)部擴(kuò)散。
??????? Wu等認(rèn)為，顆粒間的擴(kuò)散是一種重要的吸附機(jī)制。通常根據(jù)體系的不同情況，吸附有效速率由上述5步中的一步 或幾步?jīng)Q定。譬如在系統(tǒng)中總的溶質(zhì)濃度很高時(shí)，質(zhì)量轉(zhuǎn)移速率由第（5）步控制，而當(dāng)系統(tǒng)中液相濃度較低時(shí)，則由第（1）（2）（3）步控制，即所謂的液相質(zhì)量轉(zhuǎn)移過程控制，通常是以過程中較慢的那一步為控制步驟。 殼聚糖對(duì)酸性染料、活性染料、媒染料、直接染料都具有一定的吸附性。與甲殼素相比，殼聚糖具有大量的游離氨基，因此對(duì)酸性染料、活性染料的吸附效果優(yōu)于甲殼素。Shimizu等的研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖（脫乙酰度為60%）對(duì)酸性染料ChromeVio－ let的吸附量是甲殼素的8倍。這是因?yàn)槿玖戏肿咏Y(jié)構(gòu)中羥基 上的氧原子與殼聚糖中氨基（包括酰胺基）上的氫形成了更多 的氫鍵，從而使兩者的吸附量不同。殼聚糖對(duì)堿性染料的吸附效果較差，這是由于殼聚糖與堿性染料之間不能生成氫鍵，亦無離子交換吸附之故。
??????? 染料廢水一般為帶電荷的膠體溶液，根據(jù)膠體化學(xué)原理，膠體的穩(wěn)定性大小與膠體顆粒的ζ電位有關(guān)，而膠體顆粒的ζ電位隨溶液的pH值改變而有不同值，因此溶液的pH值會(huì)對(duì)膠體顆粒的絮凝產(chǎn)生直接的影響。在酸性條件下，殼聚糖對(duì)染料的吸附機(jī)制是化學(xué)吸附，殼聚糖分子鏈上的-NH2，在酸性溶液中被質(zhì)子化形成-NH3+，該官能團(tuán)與活性染料陰離子間 有很強(qiáng)靜電相互作用；在堿性條件下，化學(xué)吸附與物理吸附都存在，-OH成為主要的活性基團(tuán)，染料分子同時(shí)可以通過范德華力、氫鍵等與殼聚糖發(fā)生吸附形成沉降。
??????? 水溶性殼聚糖pH在3~6時(shí)色度去除率較好，對(duì)印染廢水的處理在偏酸性條件下有利，主要是因?yàn)樗苄詺ぞ厶菍訇栯x子型絮凝劑，有利于吸附陰離子染料。
??????? Brent Smith等對(duì)殼聚糖吸附多種染料進(jìn)行了測試，試圖了解染料的化學(xué)官能團(tuán)和染料分子量對(duì)吸著的相關(guān)性。測試結(jié)果表明：分子量增加時(shí)，吸著能力顯著下降，而分子結(jié)構(gòu)對(duì)吸著作用的影響，由于測試染料數(shù)目有限且分子量的影響占優(yōu)勢，而未能得到一般性的結(jié)論。染料的化學(xué)結(jié)構(gòu)也會(huì)影響殼聚糖對(duì)其的吸附能力，但目前幾乎沒有這方面的相關(guān)研究。
??????? 1.2對(duì)蛋白質(zhì)的吸附
??????? 殼聚糖可與蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪酸等以氫鍵結(jié)合而形成復(fù)合物。作為高分子絮凝劑，殼聚糖可用來分離和食品加工廠廢水中的蛋白質(zhì)等有機(jī)物，使廢水中的固形物減少70%~ 98%。
??????? 蛋白質(zhì)的分子鏈上帶有堿性基團(tuán)（如氨基），也有酸性基團(tuán)（如羧基），因此是兩性化合物，在pH大于等電點(diǎn)的溶液中是陰性離子，而食品工業(yè)中的蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)多數(shù)是在酸性 范圍。因此在中性或微酸性條件下，殼聚糖與蛋白質(zhì)經(jīng)吸附絮凝形成復(fù)合物。在堿性條件下，殼聚糖的氨基被還原為中性，而蛋白質(zhì)膠粒仍帶負(fù)電荷，兩者靜電引力被破壞，蛋白質(zhì)溶解，而殼聚糖不溶解，兩者被分開。用添加了殼聚糖的吸附劑食品廠廢水中的蛋白質(zhì)高達(dá)97%。
??????? 1.3對(duì)微生物的絮凝
??????? 殼聚糖絮凝微生物主要為兩個(gè)方面的因素：
??????? （1）殼聚糖作為陽離子型聚電解質(zhì)與細(xì)胞表面的某些有機(jī)物形成氫鍵而吸附；
??????? （2）靜電作用。細(xì)胞壁表面一般帶負(fù)電荷，與陽離子型絮 凝劑發(fā)生電性中和而沉降。Hughes等通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于氫鍵和靜電作用的選擇性，殼聚糖在絮凝微生物上也有一定的選擇性。殼聚糖對(duì)大腸肝菌、酵母菌、枯草肝菌等菌類有強(qiáng)的絮凝能力。
??????? 1.4殼聚糖對(duì)鹵素的吸附
??????? 殼聚糖用碘—碘化鉀水溶液處理時(shí)，因吸附作用，呈現(xiàn)明亮的紫紅色。殼聚糖不但能吸附碘，也能吸附溴，在極性溶液中的吸附量比在非極性溶液中大得多。殼聚糖用苯乙烯接枝后，對(duì)碘和溴的吸附都增加，其中溴的增加更明顯。殼聚糖 吸附碘的現(xiàn)象與淀粉和碘的作用相似，但作用機(jī)理不同。以 α-1，4糖甙鍵聯(lián)接的淀粉主鏈成螺旋形與碘形成包接物呈 色；而以β-1，4糖甙鍵聯(lián)接的殼聚糖吸附碘時(shí)，是分子中氨基 與碘形成了n-σ型電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物，形成這種絡(luò)合物的作用 機(jī)理與聚酰胺—碘間的作用相同。