凈水處理劑-殼聚糖復合生物膜

甲殼素和殼聚糖是一種取之不盡、用之不竭的再生生物高分子，由于獨特的物理化學性質和功能。在市場中的潛力巨大。將甲殼素、殼聚糖經過交聯與接枝、烷基化、酰化、醚化等反應可以賦予其功能選擇性，所以在人工透析膜、超濾膜、氣體分離膜、透氣膜等方面均有應用。目前，生物催化技術、微波化學技術、超聲化學技術、膜分離技術等引起人們的極大關注，并且有的已投入工業應用，展示了廣闊的發展前景。

理化性能

殼聚糖作為分離膜，對水優先通過，有較高的滲透通量，但分離因子較低，須對其進行改性。

殼聚糖膜具有：①比表面積大，單位重量相應的固定化酶量大；②在拄內用作填料時，液體的流通性好；③不易受到微生物的分解等優點。采用交聯劑可進一步改善殼聚糖膜材料的性能，如耐堿性、較強的機械強度和柔韌性。被固定在殼聚糖膜上的酶有乳糖酶、脲酶等。其中固定化脲酶的比活性高達94%,比其他方法（20%~45%)要高出許多。由于殼聚糖具有很強的螯合性質，故能夠被制成螯合膜以防止溶液中金屬離子的干擾。

工藝技術

2.1操作過程

例1：甲殼素殼聚糖可制備的各種膜結構，如將溶于適當溶劑的甲殼素殼聚糖通過中空纖維噴絲嘴注入凝結劑中，可紡織成纖維，中和洗滌后，得到中空纖維人工透析膜；把乙酰化甲殼素溶于適當溶劑配成1%~4%溶液，然后在玻璃上展開，溶劑揮發后可得到平板透析膜；殼聚糖與明膠按一定比例混合，溶于質量分數為1.5%的乙酸中，過濾后傾注于不繡鋼板上，自然晾干。

例2：固相功能膜，這種薄膜是先將甲殼素溶于一定濃度的乙酸溶液中制成2%的脫乙酰甲殼素的乙酸溶液，用玻璃纖維支持膜，再攤放在聚乙烯膜上，使每1平方米面積的脫乙酰膜（0.34m2)于65°C下成膜，經干燥，用稀堿中和、水洗、干燥，膜厚0.09mm,將膜置于水中，用戊二醛進行交聯，水洗，脫除戊二醛后，使膜具有耐酸性，將膜與脲酶溶液在室溫下攬拌處理1h,靜置過夜，洗去多余的酶得固相膜。

例3：殼聚糖-纖維素薄膜，將殼聚糖4g溶于263g的0.5%乙酸溶液內，再加入20g纖維素，15g甘油。在聚酯薄膜表面澆鑄混合液，于80°C下干燥后，再在120°C下加熱10min,制成具有光滑表面的自生薄膜，在20°C下其相對濕度為60%時，抗拉強度為11.4MPa。漫于20°C的水中，強度為5.6MPa。

將脫乙酰度84%的混合5%的殼聚糖與1.7%乙酸溶液，25%的纖維素和甘油水按纖維素：殼聚糖：甘油為100:30:50的混合比混合均勻后于80°C下澆鑄在鍍鉻鋼板上，制成薄膜，于20°C,60%的相對濕度下的抗拉強度為23.0MPa,在20°C水中浸泡24h后強度為8.0MPa。

例4：殼聚糖溶于稀醋酸中，于無紡布上流涎，干燥制得醋酸殼聚糖膜。將此膜加堿中和，水洗至中性，干燥得殼聚糖膜；也可將殼聚糖與戊二醛以1:1重量比混合，于80°C加熱1h,于無紡布上流涎，再經中和、水洗、紅外燈下烤干即得殼聚糖戊二醛交聯膜。此種膜主要用干醇水分離，效果良好，并具有離子交換功能，可用于膜分離。

例5：甲殼素也可用于制膜，取0.1mm以下甲殼素粉末，溶于含鹵代烴的三氯醋酸溶液中，攪拌6h,使其溶解，得透明液。將此透明液均勻澆在平板玻璃之上，靜置1h。連同玻璃一同浸入到丙酮中，靜置12h。撈出，再浸入到2%氧水中，靜置2h,取出，用清水沖洗干凈，于紫外燈下進行交聯干燥，得質地堅硬的膜。

還可采用無水甲酸法制膜。取粒度小于0.1mm的甲殼素粉末。溶于無水甲酸中，均勻澆在玻璃板上。

甲丙酮浸泡2h,取出，再浸于10%氫氧化鈉溶液中，靜置固化4h取出。以清水沖洗至中性。在紫外燈下逆行交聯反應。干燥后得超過濾膜，此膜可用于制備超純水和醫藥用純水。

2.2分離膜

除了粉末狀態固定酶外，殼聚糖由于能溶于弱酸稀溶液中，因此還能以薄膜形式包埋酶。形成平面膜的主要技術是將殼聚糖平鋪在玻璃板上，蒸發除去甲酸或乙酸，然后用稀堿液中和干燥的膜。

將殼聚糖溶于乙酸溶液內，再在玻璃板上流延成膜，經蒸餾水洗在一定釀下干燥可制成殼聚糖反滲狐這種反滲離具有較高的S*與選雛，特別對二價金屬鹽具有優良的月娜媒。殼聚糖反滲透膜具有良好的耐堿性，再用戊二醛交賄更具有耐酸性，用于水體系的分離膜具有使用上的耐久性。

滲透蒸發過程是一種通過高分子膜有選擇性分離和富集有機物質冰混合液中的某一組分的膜分離過程。具有能耗少，污染小和可用于處理難于處理的沸點相近的物質，以及恒沸混合組分的分離。乙醇與水的分離具有重要的工業應用價值。是當前滲透蒸發領域中的主要開發內容。天然高分子材料——殼聚糖是一種性能優良的膜分離材料。在用高分子量的殼聚糖或與聚乙烯醇混合制膜進行加熱處理，可以使膜的拉伸強度大大提高，甚至超過纖維素膜。在滲透蒸發方面，殼聚糖已被成功地運用于制備醇/水混合物的分離膜，將殼聚糖與醋酸纖維素進行共混，當兩者的配比為7:3時，可制成具有最佳性能的膜。適用于乙醇與水的分離，其較傳統的蒸餾法成本降低3/2。

分別用多價金屬離子、磷酸交聯殼聚糖膜，制出適于分離乙醇-水混合液的膜材料。非醇類有機物水溶液如酮-ZK等用殼聚糖分離膜有高效分離性能。殼聚糖交聯聚砜酰胺制得復合膜并涂上一極薄水層后制得的濕膜有富氧性能。

將甲殼素衍生物的有機酸水溶液，在玻璃板上流誕成膜，并在室溫下溶劑蒸發，然后再用堿性溶液處理即可得到反滲透膜。該膜具有較高的脫鹽效果，特別對二價金屬鹽的截留效果更好。甲殼素衍生物割成的反滲透膜具有較強耐堿性能，經交鏈后的膜還有耐酸性，因此擴大了該膜的使用范圍。由于反滲透膜可在水中長期保存，而強度不下降。該種反滲透用于工業廢水的處理是有很多優點。

域有著廣泛的應用。以殼聚糖和聚丙烯酸為原料制備的聚電解質復合物膜。不同的后處理方法，對殼聚糖均質膜的滲透汽化性能影響很大。殼聚糖膜中殘存的乙酸能充分脫除時，膜的分離選擇性最好。在殼聚糖分子鏈上引入羧甲基等基團，將殼聚糖與羧甲基纖維素共混。將殼聚糖膜用丙烯酸交聯。殼聚糖是一種聚陽離子，能與許多聚陰離子形成聚電解質復合物。聚電解質復合物制備的滲透汽化膜對水/有機液體系有著優異的選擇分離性能，并且可以保持性能的長期穩定性，是一種很好的水優先透過膜。由于殼聚糖與聚丙烯酸形成的聚電解質復合物能溶解在乙酸水溶液中，因而可制成聚電解質復合物均質膜。

膜分離為21世紀的新技術。從外殼中提取殼質制成的中空線狀隔膜，被譽為新型膜材料。這種高性能分離用于分離乙醇和水，比常用的蒸餾法等后處理工藝簡便，可一步完成，能耗節約1/2?1/3。殼聚糖中空線型分離膜在35~65°C能發揮極高的工作效率，在55°C其分離效率較蒸餾法高17倍，還可作用乙醇工藝的再生處理。將溶解在稀酸中的殼聚糖在堿溶液中擠出成型，制成的中空纖維膜具有良好的機械強度。將殼聚糖膜在混合溶劑中浸漬，通過調整分離膜的強度及透過性，還可用于超濾膜。

共混改性是合成高分子材料與天然高分子來制備綜合性能優良的共混材料的簡便易行的方法，使殼聚糖與聚乙烯醇共混，可以提高殼聚糖膜的選擇性和延展性。