殼聚糖的羧基化改性產物及其應用

時間：2023-03-24 05:38:04來源：food欄目：食品快速檢測閱讀：

殼聚糖的羧基化改性產物及其應用

[db:作者] / 2023-02-08 00:00

殼聚糖的羧基化改性產物及其應用

殼聚糖在引入羧基一方面提高了其水溶性，使其完全溶于水，另一方面其改性產物為兩性，含陰、陽兩種離子。在污泥脫水領域有很好的應用前景。

該類改性殼聚糖中，研究最多的是羧甲基殼聚糖。羧甲基殼聚糖是殼聚糖羧甲基化后的產物，它既保留了殼聚糖的優點，又極大地改善了其水溶性。

[制備方法]把殼聚糖加入到裝有攪拌器和回流冷凝管的三口燒瓶中，并加入一定量的異丙醇攪拌，使其溶脹；加入適量NaOH溶液，攪拌，讓殼聚糖在堿性條件下膨脹，形成堿化中心，然后將適量固體氯乙酸分多次加入溶液中，每次間隔數分鐘，加熱至70℃，控制反應時間為3h，得羧甲基殼聚糖混合物；反應結束后向溶液中加入蒸餾水，冰醋酸調pH到7.0，抽濾數分鐘后，用70%的乙醇水溶液洗滌，所得產品放入烘箱在60℃下至干，得白色粉末狀羧甲基殼聚糖。最佳物料比為：異丙醇：殼聚糖(體積比)=10：1，氯乙酸：殼聚糖(質量比)=1.2：1，氫氧化鈉：殼聚糖(體積比)=3：1。

[應用]封盛、相波等研究了聚合氯化鋁、殼聚糖和3種羧甲基殼聚糖(N-羧甲基殼聚糖、N，O-羧甲基殼聚糖和O-羧甲基殼聚糖)對污泥的脫水性能作用。實驗結果表明，羧甲基殼聚糖對污泥進行脫水時，形成的絮體強度大，不易破碎，對污泥脫水的效果明顯好于普通絮凝劑。在3種所研究的羧甲基殼聚糖中N-羧甲基殼聚糖對污泥的脫水效果最好，污泥比阻抗最低，與未加絮凝劑時相比，含水率從99.1%下降到73%，污泥的體積減少為原來的1/30，熱值提高為原來的40倍。

(1)絮凝劑對污泥沉降性能的影響

表11-2是開始沉降30min內污泥體積隨時間的變化。由表11-2可以看出，加入N-羧甲基殼聚糖絮凝后的污泥沉降速度最快。

表11-2 污泥的沉降體積隨時間的變化

(2)上清液的透光率

向污泥中加入一定量的絮凝劑，攪拌后自然沉降30min測定上清液的透光率，結果見表11-3。

表11-3 污泥上清液透光率

從表11-3中可以看出，用N-羧甲基殼聚糖絮凝劑處理污泥，其上清液的透光率較高，這是因為污泥中的膠體顆粒及微生物殘體帶有負電荷，N-羧甲基殼聚糖分子中具有較高的正電荷密度，不僅起到對污泥的電中和作用，使污泥細粒脫穩沉降聚集，而且依靠分子內正，電荷的相互排斥作用，使殼聚糖分子內的主鏈得到最大限度的伸展，從而大大增強了吸附架橋能力。

(3)濾餅的含水率

濾餅的含水率關系到泥餅進一步處理的成本和難易。一般來講，含水率與泥餅的剝離性是相關聯的，含水率低，污泥密實，成型容易，剝離性能好;含水率高，泥餅體積大，結構疏松，不易剝離。在實驗操作中，真空過濾各試樣到真空度破壞為止，測定泥餅的含水率。絮凝劑投加量為各自的最佳投加量，結果見表11-4。

表11-4 各濾餅的含水率

從表11-4可以看出，N-羧甲基殼聚糖作為污泥脫水劑，所得的泥餅具有較低的含水率，濾餅成型容易，剝離性能好。

(4)污泥比阻的測定

表11-5 為改變5種絮凝劑的投加量對污泥進行脫水實驗測定污泥脫水的比阻結果。

表11-5 污泥比阻隨不同污泥脫水劑用量的變化

從表11-5可以看出，聚合氯化鋁和殼聚糖也能夠改善污泥的脫水性能，但效果明顯比羧甲基殼聚糖差，并且投加量要比羧甲基殼聚糖大，當絮凝劑投加量過多時，更易導致濾層的黏附，從而重新使污泥的過濾性變差。在羧甲基殼聚糖中，N-羧甲基殼聚糖的脫水效果要比N，O-羧甲基殼聚糖和O-羧甲基殼聚糖好。

(5)污泥脫水前后的熱值比較

污泥的含水率直接影響到污泥處理的成本和難易，含水率高會增加運輸費用和燃料費用。污泥中加入N-羧甲基殼聚糖絮凝脫水后，含水率由未加絮凝劑時99.1%下降到73%。由計算可分別求得脫水前后污泥的體積比和熱值比。表11-6為污泥用聚合氯化鋁、殼聚糖、N-羧甲基殼聚糖、N，O-羧甲基殼聚糖和O-羧甲基殼聚糖脫水前后的體積與燃燒熱值比較。由表11-6中可以看出，污泥投加N羧甲基殼聚糖脫水后，其體積降至原來的1/30，燃燒值提高63倍，其對污泥的處理效果比其他幾種絮凝劑效果要好。污泥經N-羧甲基殼聚糖絮凝脫水后，大大節省污泥堆放占地和運輸費用，而且污泥能夠更好地燃燒，有機物含量高，一般只需少量或不需再添加輔助燃料，燃燒處理費用降低。

表11-6 不同污泥脫水劑脫水前后污泥熱值比較

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