不同官能團(tuán)改性殼聚糖吸附重金屬的研究進(jìn)展

背景介紹殼聚糖作為一種儲(chǔ)量豐富，未得到充分利用的有機(jī)聚合物，其在重金屬吸附領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。然而殼聚糖在酸性介質(zhì)中易溶解、吸附選擇性差、吸附容量低等缺點(diǎn)限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。近年來(lái)研究人員通過(guò)對(duì)殼聚糖進(jìn)行改性來(lái)改善其缺點(diǎn)已取得一些成果。鑒于此，本文綜述了近幾年關(guān)于殼聚糖改性的相關(guān)研究，重點(diǎn)歸納總結(jié)了利用胺基、羧基、巰基以及雜環(huán)等改性修飾制備殼聚糖吸附劑的研究，并用表格的方式對(duì)比分析了不同殼聚糖基吸附劑的應(yīng)用效果和吸附機(jī)理。進(jìn)一步展望了殼聚糖基吸附劑未來(lái)的發(fā)展方向，為開(kāi)發(fā)高效的重金屬離子吸附劑提供參考。文章亮點(diǎn)1.由于殼聚糖具有與人體良好的生物相容性和生物可降解性，其降解產(chǎn)物可被人體吸收，因此在醫(yī)藥衛(wèi)生方面有廣泛的應(yīng)用。且殼聚糖的無(wú)毒、無(wú)害和對(duì)皮膚無(wú)刺激等特點(diǎn)，使得殼聚糖在食品和化妝品方面也有一定的應(yīng)用。2.殼聚糖在酸性介質(zhì)中易溶解、吸附選擇性差、吸附容量低是其作為重金屬離子吸附劑的主要障礙。通過(guò)官能團(tuán)對(duì)殼聚糖分子進(jìn)行化學(xué)改性，制備了一系列殼聚糖基吸附劑。內(nèi)容簡(jiǎn)介1

殼聚糖的官能團(tuán)化學(xué)修飾1.1

基于胺基修飾殼聚糖的吸附劑由于在殼聚糖改性過(guò)程中，殼聚糖的活性基團(tuán)會(huì)有部分消耗，從而會(huì)降低其吸附性能，因此需要對(duì)殼聚糖進(jìn)行進(jìn)一步的改性從而增加其對(duì)重金屬離子的吸附。1.2

基于巰基修飾殼聚糖的吸附劑對(duì)于陽(yáng)離子去除，巰基是一個(gè)很好的配體，因?yàn)樗ㄟ^(guò)Lewis酸堿相互作用與許多重金屬離子具有很強(qiáng)的親和力，尤其是對(duì)Hg2+有很強(qiáng)的親和力。因此，各種巰基功能化材料，如巰基棉纖維和磁性介孔二氧化硅被開(kāi)發(fā)出來(lái)用于去除溶液中的Hg2+。1.3

基于羧基修飾殼聚糖的吸附劑化學(xué)吸附是吸附劑的主要吸附方式之一，而化學(xué)吸附主要靠某些活性官能團(tuán)與金屬離子螯合，而在這些官能團(tuán)中，羧基表現(xiàn)出很強(qiáng)的與金屬離子配位的能力，主要是由于離子交換，靜電相互作用和配位作用3個(gè)因素共同產(chǎn)生的（聚馬來(lái)酸吸附Cd2+）。因此將羧基接枝到殼聚糖上，增加吸附位點(diǎn)，是提高殼聚糖吸附能力的一種可行方法。1.4

多種官能團(tuán)同時(shí)修飾殼聚糖的吸附劑除了以上介紹的基于胺基、巰基、羧基等單一官能團(tuán)改性殼聚糖，還有研究人員同時(shí)利用多種官能團(tuán)對(duì)殼聚糖進(jìn)行改性，改性后的殼聚糖的吸附能力也得到了一定的提高。2

殼聚糖的雜環(huán)化學(xué)修飾經(jīng)過(guò)上述論述發(fā)現(xiàn)，不同官能團(tuán)跟金屬離子的螯合作用主要是靠N、S、O等原子，而雜環(huán)化合物結(jié)構(gòu)中也有這一類原子，雜環(huán)是指由碳原子以及非碳原子組成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其中的非碳原子被稱為雜原子，常見(jiàn)的雜原子有氮、氧和硫等，這類雜原子通?？梢酝ㄟ^(guò)靜電相互作用或離子交換過(guò)程而對(duì)金屬具有一定的吸附能力，因此可以用作來(lái)改性殼聚糖。3

結(jié)論采用交聯(lián)、接枝等方法將含不同官能團(tuán)的物質(zhì)引入到殼聚糖表面或內(nèi)部，并用來(lái)吸附重金屬離子，這種改性后的殼聚糖基吸附劑相較于殼聚糖，吸附容量大、吸附速率快、并且也具有較高的穩(wěn)定性，同時(shí)在一定程度上還體現(xiàn)出了吸附選擇性，例如引入胺基的殼聚糖吸附劑對(duì)Cu2+有較好的親和力，而巰基則更容易跟Hg2+螯合。然而，盡管殼聚糖基吸附材料的研究已取得了很大進(jìn)展，但目前仍存在著諸多挑戰(zhàn)以及待解決的問(wèn)題：（1）目前利用殼聚糖基吸附劑對(duì)重金屬的吸附去除還局限于實(shí)驗(yàn)室研究，真正能夠投入到工業(yè)生產(chǎn)的并不多；（2）揭示吸附的微觀過(guò)程，闡明與吸附作用有關(guān)的殼聚糖結(jié)構(gòu)，從而確定重金屬的吸附機(jī)理，以便更有針對(duì)性的開(kāi)發(fā)新的具有高選擇性和高吸附能力的高效殼聚糖吸附劑；