基于水處理的殼聚糖樹脂的制備、表征及功能性研究.pdf

1、在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中,僅有20％的餌料轉(zhuǎn)化為動物蛋白,其余的殘余餌料和排泄物進(jìn)入水體,使氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)含量過高,導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化。水體的富營養(yǎng)化會引發(fā)藻類大量繁殖,消耗水中的溶解氧,導(dǎo)致魚貝類大量死亡;其中有害藻類如赤潮異彎藻,產(chǎn)生的毒素會通過食物鏈對人體造成傷害,進(jìn)而引發(fā)食品安全問題。
　　 本文針對水體中存在的主要問題氮磷過量、藻類過量繁殖等問題,以殼聚糖為材料,制備出一系列殼聚糖樹脂,為治理養(yǎng)殖水體水質(zhì)提供新途徑。

2、　　 1)殼聚糖樹脂的孔洞少、脆性大、粒徑小等缺點(diǎn)限制了其工業(yè)化應(yīng)用。PEG2000可以較好地增加殼聚糖樹脂的孔洞;通過IPN網(wǎng)絡(luò)共混技術(shù),將殼聚糖與聚乙烯醇共混,制備了殼聚糖-聚乙烯醇共混樹脂(CPR),該樹脂具有較好的機(jī)械性能。CPR的最優(yōu)制備條件為:殼聚糖與聚乙烯醇共混比為5:2,戊二醛用量為10 ml/100ml,PEG2000添加量為1.2％。FTIR分析表明,殼聚糖與聚乙烯醇之間形成了典型的IPN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。殼聚糖與其它吸附

3、劑共混可以制備粒徑較大的樹脂微球。以硅藻土為例,當(dāng)殼聚糖、聚乙烯醇、硅藻土三者質(zhì)量比為5:2:2時,40目以上樹脂的質(zhì)量比重達(dá)到88.82％,粒徑明顯增大。
　　 2)水體中的氮主要來源于蛋白質(zhì),為提高殼聚糖樹脂對蛋白質(zhì)的吸附能力,采用Mannich反應(yīng)和活化偶聯(lián)反應(yīng),制備了殼聚糖固化單寧樹脂(TICR)和殼聚糖-Ce4+固化單寧樹脂(TCCR),并優(yōu)化了制備條件。研究了時間、BSA初始濃度、pH、溫度對TICR和TCCR吸附B

4、SA的影響。吸附初始階段,隨著時間的延長,吸附量迅速增加,300 min時達(dá)到吸附平衡;隨著BSA初始濃度的增加,平衡吸附量不斷增加,當(dāng)樹脂吸附位點(diǎn)達(dá)到飽和時,增加濃度對平衡吸附量影響不大;pH為6.0時,吸附量最高;溫度升高有利于吸附的進(jìn)行,但影響不明顯。
　　 TICR對BSA的吸附等溫線符合Langmuir吸附模型,為優(yōu)惠吸附。吸剛是熵推動的自發(fā)吸熱過程,升溫有利于吸附。吸附屬于二級動力學(xué)吸附,TICR對BSA的吸附過程由

5、粒子內(nèi)擴(kuò)散和液膜擴(kuò)散聯(lián)合控制,以粒子內(nèi)擴(kuò)散為主。
　　 3)用金屬配位分子印跡法制備了殼聚糖-La(Ⅲ)-印跡磷樹脂(CLPR),CLPR平均粒徑為粒徑300μm。樹脂的吸附效果與磷溶液的初始濃度、吸附時間、pH吸附溫度有關(guān):隨著初始濃度的增加,吸附量不斷增加,當(dāng)吸附達(dá)到飽和時,增加濃度對吸附量無顯著影響;pH對吸附量影響較大,在酸性條件下,吸附容量大,堿性條件下,吸附量大大降低;溫度升高有利于吸附的進(jìn)行,但對吸附量的影響不明顯

6、;吸附初始階段,隨著時間的延長,吸附量迅速增加,60 min后吸附達(dá)到平衡。
　　 CLPR對磷的吸附等溫線符合Langmuir吸和Frendlich附模型,為優(yōu)惠吸附。吸附屬于二級動力學(xué)吸附,CLPR對磷的吸附過程由表面擴(kuò)散和顆粒內(nèi)擴(kuò)散聯(lián)合控制。用KOH再生后,連續(xù)使用7次,CLPR仍具有很好的吸附性能
　　 4)制備了殼聚糖-稀土-皂土復(fù)合樹脂顆粒(CRB),研究其對有害藻赤潮異彎藻細(xì)胞的作用機(jī)理。結(jié)果顯示,在低濃度

7、(0.1、0.3 g/L)時,藻細(xì)胞可溶性糖含量隨處理時間的延長而不斷增加。原因是當(dāng)藻細(xì)胞受到損害時,為維持細(xì)胞的正常生理功能,細(xì)胞出現(xiàn)應(yīng)急反應(yīng),可溶性糖作為細(xì)胞的內(nèi)容物含量增加。高濃度(0.5、0.7、0.9g/L)時,細(xì)胞受損嚴(yán)重,自身機(jī)能得不到恢復(fù),導(dǎo)致可溶性糖含量降低。蛋白質(zhì)含量的變化與可溶糖相似。在同一濃度下,赤潮異彎藻細(xì)胞中MDA含量隨著處理時間的延長而不斷增加,相同處理時間時,CRB濃度越高,藻細(xì)胞中MDA含量也越高。MD

8、A含量與電導(dǎo)率呈正相關(guān)。
　　 對藻細(xì)胞抗氧化系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn):在低濃度處理初期,藻細(xì)胞具有較強(qiáng)的自我保護(hù)能力,體內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)急反應(yīng),SOD、POD和CAT三者均表現(xiàn)為增加,其中POD起到主要抵御作用;但隨著濃度和作用時間的增加,細(xì)胞自身的防御系統(tǒng)不能抵抗外來的侵害,藻細(xì)胞受損,功能下降,相應(yīng)的酶活也下降,直至細(xì)胞死亡。
　　 CRB對有益藻海水小球藻同樣具有抑殺作用,當(dāng)濃度為0.1 g/L時,連續(xù)培養(yǎng)5d后,細(xì)胞數(shù)量僅為初始