凈水處理劑-改性甲殼胺實際用途

21世紀全球和我國均面臨水資源緊缺的突出矛盾。為了節約用水、合理用水和保護環境，研究應用各種水處理有著極為重要的意義。

甲殼素作為高效無毒的飲用水的凈化劑，在美國、日本得到普遍使用，美國環保局也批準甲殼素用于應用水的凈化。甲殼素作為新型絮凝劑，在處理食品加工廠的廢水，回收蛋白質作為飼料方面已被大量采用。

甲殼胺具有無毒、無味、耐堿、耐腐蝕、對環境友好等特點，在廢水處理領域具有廣闊的應用前景。目前，電鍍、冶金、制革、化工等行業每年都產生大量的含重金屬離子廢水。

甲殼胺的分子鏈段中含有-NH3和-OH活性基團，能與重金屬離子配位形成絡合物，可用于含重金屬離子廢水的處理及貴重金屬回收。甲殼胺由于分子中存在羥基、氨基和其他基團，可借氫鍵也可借鹽鍵形成具有類似網狀結構的籠形分子，可對許多金屬離子進行螯合，因此能有效地吸附溶液中的重金屬離子。不同尺寸大小的甲殼胺對實際廢水的處理效果較好。

脫乙酰度較高的甲殼胺在弱酸性乃至水溶液中有一定的溶解性，由于甲殼胺的高親水性，使之與被吸附的基體分離困難，將甲殼胺包覆在磁性材料上，可以解決吸附過程完成后分離困難的問題，并可以降低甲殼胺的使用量，獲得很大的吸附比表面積。將脫乙酰度為85%的甲殼胺包覆在由二價和三價鐵離子共沉淀制得的F3O4磁子表面，用環氧氯丙烷作為交聯劑進行交聯制成磁性甲殼胺（MC),對金屬離子有明顯的吸附作用，在介質pH值大于5時，MC對鑭系和錒系元素的吸附率為95%~99%,在吸附金屬離子時具有較好的動力學性能，可在45S內達到吸附平衡。

電鍍、電子、冶金、機械加工等行業的生產過程中，均會產生含銅廢水。甲殼胺作為一種含有大量-NH2的高分子絮凝劑對金屬離子有很強的吸附作用。隨著工農業的發展，近岸海域的污染日趨嚴重，其中重金屬離子濃度較大洋海水高數十倍甚至數百倍，因此吸附水中污染物及重金屬離子成為高分子吸附劑進行水處理的重要任務。

高分子吸附劑去除水中的重金屬離子可以采用"動態流水"和"半靜態"吸附原理。

用高分子吸附劑從鹽度30,pH值為8.30左右的海水中動態和半靜態吸附除去鋼、鋅、鉛、鎘離子。為消除重金屬離子對海洋生物幼體的毒性，提供了一種極其有效的方法。

甲殼胺作為一種天然高分子吸附劑對重金屬離子具有良好的吸附性能，能回收貴重金屬。由于甲殼胺吸附重金屬離子具有選擇性，因此針對某些特定行業如印染、電鍍、冶金、制革等行業排放的廢水，設計普適性的甲殼胺類吸附劑很必要。

改性甲殼胺分子單體比甲殼胺分子單體中含有較多的羥基和羧基，即其親水基較多，故有較好的水溶性，可視為一種表面活性劑，可以吸附在金屬表面上。當金屬表面所吸附的改性甲殼胺分子達到一定濃度后，則改性甲殼胺分子全面地覆蓋了金屬表面，反應活化能增加，形成了新的電極過程的控制步驟，改性甲殼胺吸附在金屬表面上，同時覆蓋了部分生長點，使吸附原子的表面擴散途徑增大，擴散系數減小，其結果是增大了結晶超電勢，電結晶速度緩慢，表面能降低，有利于晶核的生成，可以防止金屬水解而穩定鍍液，促進陰極的正常溶解，增強陰極表面活性，掩蔽鍍液中的金屬雜質；最重要的是增大陰極極化，阻礙金屬離子的放電，最終改善鍵層結晶。此外，改性甲殼胺的分子單體中含有較多的羧基官能團，在陰極有可能同金屬離子一起被還原析出，并夾雜在鍵層中；同時改性甲殼胺分子在金屬表面形成疏水基群。既可視為一種疏水網，抑制了腐蝕，又可視為網狀結構，使其強度得到明顯提高。改性甲殼胺作為添加劑的酸性鍍銅鍍液，其均鍍能力、深鍍能力、電流效率較高，沉積速度較快。

甲殼胺與無機類絮凝劑復合后，除絮凝效果提高外，甲殼胺的用量大大減少，在降低成本的同時也減少了二次污染可能性。無機-甲殼胺類復合絮凝劑是一有很廣闊市場前景的環保型水處理劑。

近年來甲殼胺的應用研究已取得巨大進展，甲殼胺用于水處理是其中最早的應用，它主要用作重金屬離子螯合劑和活性污泥絮凝劑，其絮凝作用很強，而且無毒不產生二次污染，并可生物降解。目前，甲殼胺正是以其天然、無毒、易降解和對人體健康無害、具有殺菌作用，很快在水處理的應用中作為合成有機絮凝劑的有效替代品占據了特殊地位。

甲殼胺是食品飲料工業和飲用水、凈化的理想吸附劑，它被美國食品藥物管理局批準作為食品添加劑，被美國環保局批準作為飲用水的凈化劑。

將甲殼胺與無機鹽復配，用于飲用水的處理，觀察到明顯改善的絮體結構，對飲用水中有抑物的去除率從單用無機體系處理時的22%~28%提高到54%~58%。

改性甲殼胺對印染廢水的色度去除率在99%以上，COD去除率在70%左右，且絮體生成快，不易破碎，明顯優于堿鋁。用羧甲基甲殼胺處理毛巾廠的印染廢水，在不影響脫色處理效果的前提下，絮凝速度快且絮體不易破碎。將甲殼胺用于處理造紙廢水時，COD去除率都在91%上，明顯優于聚合氯化鋁、明研等凈水劑。在去除水中懸浮物的同時，可去除水中對人體有害的重金屬離子。

甲殼胺作為一個線性聚胺，當它在酸性介質中溶解以后，隨著氨基的質子化，即表現出陽離子聚電解質的性質，不僅對重金屬具有蝥合吸附作用，還可以有效地吸附水中帶負電荷的微細顆粒。在皮革上應用，既可凝集廢水中的染料，又可以捕獲廢水中的鉻、鋁等金屬離子，降低制革廢水的鉻含量、COD和色度。用甲殼胺處理廢鉻液效果明顯。

甲殼胺與常用的絮凝劑相比，在每個葡萄糖鏈節上都在一個氨基，所以具有更大的絮凝能力，用于城市下水道的污水糞便處理污水和工廠等的污染處理中，與合成絮凝劑相比，它安全無毒，易于生物降解，不會產生環境污染，作為天然陽離子型絮凝劑，對活性污泥，蛋白質等具有很強的凝集能力。美國環保局在飲用水的凈化，工業廢水中使用劑量為19mg/L。在污水處理中，加入少量的甲殼胺，經攪拌沉淀，可降低生物需氧量。

目前工業上使用的離子絮凝劑絕大多數是合成高聚物、毒性相當高，不適合于食品工業中應用，甲殼胺無毒、無味，生物降解性好，最適合食品:Qlk應用，其用途有兩種：_是作澄清劑，除去液體如飲料、啤酒等中懸浮的固體微粒，增加透明度，提高產品質量。二是作絮凝劑處理食品加工時的廢液，回收蛋白質，作為動物飼料，減少水污染。

甲殼胺可用于各種果汁的澄清，對工業區污水具有良好的吸附性，可有效改善水質。用甲殼胺絮凝劑沉淀的污泥易于脫水，這是高分子絮凝劑所不及的，日本栗田水處理公司用甲殼胺與陰離子高分子絮凝劑配合使用，經二段處理法，先用甲殼胺醋酸鹽陽離子聚合物中和污水中一般鏈負電荷的懸浮污泥粒子的電荷，使之生成高分子電解質復合物，再用陰離子聚合物如聚丙烯酸鹽處理，使之成為大的易于脫水絮凝物以促進團絮生成，加速微粒沉降，由此使甲殼胺成為當代最重要和最理想的絮凝劑。

利用甲殼胺高分子與礦物粉末分子表面的強分子間結合力，可分離出金屬粉末。甲殼胺粉末，可用于回收核工廠廢水中的鉆及從海水中提取金屬鈾，可以產生極大的經濟利益。

含有劇毒氰化物的廢水，在一定的酸度條件下，在用甲殼胺作為吸附劑后，具有極高的處理能力。由于是酸堿反應，因此反應進行得十分完全。去除率超過97%。

用甲殼胺作為吸附劑可以處理重工業生產中排出的廢水。可以降低廢水的毒性。如鉻、汞、鉛等，用于毒性較小的廢水。但在廢水中含有上述離子時，可以將廢水中所排放的金屬加以回收，同樣具有極好的效果。

難降解有機物是指被微生物分解時速度很慢，分解不徹底的有機物（也包括某些有機物的代謝產物），這類污染物易在生物體內富集，也容易成為水體的潛在污染源。這類污染物包括多環芳烴、鹵化烴、雜環類化合物、有機氰化物、有機磷農藥、表面活性劑、有機染料等有毒難降解有機污染物。

甲殼胺可通過絡合、離子交換作用對染抖、核酸、酚類、鹵素吸附。方法如將甲殼胺加入到纖維素、活性炭的鹽酸溶液中，將pH調節致弱堿性，經離心分離后可用于活性染料和酸性染料的吸附，吸附容量為264mg/g和421mg/g。用甲殼胺和二硫化碳反應制成的黃原酸，甲殼胺分別處理含鎘、汞的廢水溶液，甲殼胺：沸石：活性炭為1:1:5配制成吸附劑可有效地去除自來水中的氮氣、COD和細菌。

甲殼胺的吸附性能十分突出，作為線性聚胺，當它在酸注介質中溶解以后隨著氨基的質子化，即表現出陽離子聚合電解質的性質；一般用于廢水處理的陽離子多糖取代度很少超過0.3,而甲殼胺幾乎每個單元均有一個氨基，因此，當pH小于6時，有一個高電荷密度，是它不僅能吸附在水中的負電荷微粒表面：并且能與許多重金屬離子螯合。經甲殼胺處理的食品加工廢水B0D可減少80%~85%,pH為4時，用10mg/L的甲殼胺娃處理廢水；可使水的油度降至8.5,混懸的固形物從1620mg/L降至86mg/L。棉絮狀甲殼胺或經加工后成纖維狀的甲殼素，都能有效除去水中容易引起變異的物質。美國環保局也已批準甲殼胺用于飲用水的凈化。

我國有著漫長的海岸線，蝦、蟹殼資源豐富。甲殼素及其衍生物的制備工藝并不復雜，在其用途越來越受到國內外重視的情況下，必須加大對蝦、蟹殼等可再生資源的研究、生產、應用的科研投入，提高對甲殼素及其衍生物的研究、開發、生產和應用檔次。滿足國內市場的需要；二是打進國際市場。變資源優勢為經濟優勢。使我國在可再生資源綜合利用方面有一個長足的發展。

我國的淡水資源非常有限，有不少地區的水資源受到了不同程度的污染，生態環境受到了很大影響。為了提高生活用水的質量，使工業廢水的處理達到排放標準。應大力開展甲殼素及其衍生物在水處理方面的應用研究。隨著蝦、蟹殼這一可再生資源的充分開發利用，必將對我國的經濟和社會帶來極大的效益。