摘要：殼聚糖可以有效去除三氯甲烷、二氯乙烷等具有變異性或致癌性的消毒副產(chǎn)物，并且對飲用水中的細菌有一定的滅菌作用。最新 研究 發(fā)現(xiàn)，將殼聚糖作為聚合氯化鋁的助凝劑，處理北京昆明湖的湖水，結(jié)果表明，其助凝作用明顯，濁度及有機物的去除率明顯提高。殼聚糖在吸附去除飲用水中有害物質(zhì)的同時，不吸附水中的K+、Ca2+、Na+、Mg2+、SO42-、Cl-、HCO3-等離子，不 影響 天然水體的本底濃度，且有抑菌、殺菌作用，是飲用水凈化的理想吸附劑?？紤]到殼聚糖的生產(chǎn)成本及我國給水水質(zhì)的實際情況，將無機高分子絮凝劑和殼聚糖天然絮凝劑復(fù)配，是我國水處理劑 發(fā)展 的趨勢。

關(guān)鍵詞：殼聚糖 蛋白廢水 絮凝劑

Abstract： The shell can get rid of chloroform , two chlorine ethane ,etc. effectively and have variability or carcinogenic disinfecting accessory substances while gathering candies, and have certain sterilization function on the bacterium in the drinking water . Discover , gather shell candy is it get chlorine to help and congealing the pharmaceutical aluminium together to regard as newly, dealing with the lake water of Kunming Lake in BEijing, the result indicates , it helps function of congealing to be obvious, turbid degree and getting rid of rate of the organic matter obviously improve. Shell gather candy in absorb while getting rid of drinking water harmful substancing , K+、Ca2+、Na+、Mg2+、SO42-、Cl-、HCO-3 ,etc. of adsorbed water, do not influence this density of bottom of the natural water body , and restrain funguses , sterilization function , it is the ideal absorbent which drinks aqueous cleaning. Consider shell gather production cost and our country of candy supply water actual conditions of water quality, gather inorganic high polymer flocculant and shell candy natural flocculant is it mix to reply , of our country water treatment pharmaceutical development trend

Keyword：The shell gathers candies Albumen waste water Flocculant

殼聚糖是甲殼素的脫乙酰基產(chǎn)物。甲殼素廣泛地存在于甲殼類動物的外殼以及許多低等植物如菌、藻類的細胞壁中。 自然 界每年可生物合成甲殼素數(shù)十億噸，它是儲量僅次于纖維素的又一豐富的自然資源。80年代以來，對甲殼素、殼聚糖的性質(zhì)和 應(yīng)用 的研究日趨活躍，它們在生物、醫(yī)學(xué)、化工、食品等許多領(lǐng)域中都顯示了廣闊的應(yīng)用前景。殼聚糖在水處理方面的應(yīng)用又表現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢，由于殼聚糖分子中含有大量的游離氨基，在適當(dāng)條件下，能夠表現(xiàn)出陽離子型聚電解質(zhì)的性質(zhì)，是一種很有發(fā)展前途的天然高分子絮凝劑。我們將殼聚糖絮凝劑用于蛋白質(zhì)的回收試驗，取得了很好的效果。另外，還測了殼聚糖乙酸溶液的黏度。

1 材料與 方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器

6個小燒杯，6個大燒杯，100mL、800mL的量筒各一個，玻璃棒，洗耳球，溫度計，4個容量瓶，1mL、2mL、5mL、10mL的移液管，三角瓶，六聯(lián)攪拌器一臺，濁度儀一臺，天平一臺，磁力攪拌器一臺，抽濾機一臺，濾紙，烏氏黏度計，超級恒溫箱，pH試紙，培養(yǎng)皿18個，試管18個，高壓蒸汽滅菌鍋，烘箱，電爐，冰箱，棉花

1.1.2 試劑

(1) 殼聚糖溶液的配制：

① 先將50mL冰醋酸溶于1000mL的蒸餾水中制成5%的乙酸水溶液1000mL待用。

② 稱取殼聚糖5g溶于500mL5%的乙酸水溶液中配成10g/L的殼聚糖乙酸溶液。

(2) 蛋白質(zhì)模擬廢水的配制：取豆?jié){以1:40的比例溶于蒸餾水中加以配制。

(3) 工業(yè) 含蛋白質(zhì)廢水：取某制牛奶廠含蛋白質(zhì)的工業(yè)廢液。

(4) 鹽酸溶液的配制: 量取7mL36%的HCl溶液溶于43Ll蒸餾水中配成 50mL5%的HCl溶液。

(5) NaOH溶液的配制：稱取NaOH0.25g溶于50mL蒸餾水中配成50mL5%的NaOH溶液。

(6) NaCl-乙酸溶液的配制：稱取NaCl3.9739g，量取冰醋酸2ml溶于338mL蒸餾水中而配成待用。

1.2 實驗方法

1.2.1 pH值的影響

往6個編好號的小燒杯中分別注入200mL蛋白模擬廢水。分別加入2mL10g/L的殼聚糖溶液，然后調(diào)節(jié)6個不同的pH值。1#燒杯為4、2#燒杯為5、3#燒杯為6、4#燒杯為8、5#燒杯為9，放入攪拌器上開始攪拌10min，轉(zhuǎn)速為46r/min，時間到了之后靜沉20min，取上清液測其濁度。

1.2.2 濃度的影響

6個小燒杯分別稱取模擬廢水200mL，分別加入不同體積的10g/L殼聚糖溶液，1#燒杯加入2mL、2#燒杯加入2.5mL、3#燒杯加入3mL、4#燒杯加入3.5mL、5#燒杯加入4mL，然后均調(diào)pH值為6，放入攪拌器上攪拌10min，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為46r/min,最后靜沉20min，測其上清液的濁度。

1.2.3 溫度的影響

先往6個小燒杯中注入200mL模擬廢水。先將1#燒杯在加熱爐上加熱至某一溫度，然后加入2mL10g/L的殼聚糖溶液，快速調(diào)節(jié)pH值至6，在磁力攪拌器上攪拌10min，轉(zhuǎn)速為46r/min，最后靜沉20min,取上清液測其濁度。其它的燒杯步驟一樣，只是加熱的溫度逐個增加。

1.2.4 黏度的影響

取4個小燒杯，分別裝入200mL模擬廢水，加入不同黏度的殼聚糖溶液10g/L2mL，1#燒杯加入的殼聚糖分子量為757400、2#燒杯加入的殼聚糖分子量為134738、3#燒杯加入的殼聚糖分子量為104787、4#燒杯加入的殼聚糖分子量為76657、5#燒杯加入的殼聚糖分子量為4461，調(diào)節(jié)pH值為6，放在六聯(lián)攪拌器上，攪拌10min，轉(zhuǎn)速為46r/min,靜沉20min后取上清液測濁度。

1.2.5 殼聚糖回收蛋白質(zhì)及殺菌能力

(1) 將大量筒盛取400mL工業(yè)廢水，加入2mL殼聚糖溶液，調(diào)節(jié)pH為8，稍微用玻璃棒攪拌幾下。開始有絮凝體產(chǎn)生，待幾分鐘后絮凝體基本全部沉淀至量筒的底部。然后取上清液測其濁度。取底部的絮凝體放在燒杯中用磁力攪拌器將絮凝體打碎待用。

(2) 將培養(yǎng)皿、移液管、三角瓶洗凈后將其包裝，滅菌。

(3) 在6個試管中，1#加1mL蒸餾水，2#加4mL蒸餾水，3#、5#、6#加9mL蒸餾水，4#加19mL蒸餾水。每組6支，塞好棉花，蓋上報紙，包扎滅菌待用。

(4) 取一干凈的燒杯，先加入一定量的蒸餾水，按牛肉膏、蛋白胨、NaCl、瓊脂稱取并依次加入蒸餾水中。在有石棉網(wǎng)的電爐上加熱，用玻璃棒不斷攪動，待藥品全部溶解后補加蒸餾水至所需要的體積。用精密pH試紙先測一下培養(yǎng)基的pH值，再按培養(yǎng)基要求的pH值調(diào)節(jié)。最后裝到三角瓶中，塞好棉花，包好滅菌待用。

(5) 往1#、2#、3#、4#試管中各加入1mL工業(yè)廢水搖勻。從3#試管中取出1mL加入5#試管中搖勻后，再從5#試管中取出1mL加入6#試管中搖勻。

(6) 從各試管中取出1mL分別放入6個培養(yǎng)皿中，往培養(yǎng)皿里倒入培養(yǎng)基剛好能蓋住培養(yǎng)皿底部，搖勻，放入冰箱中在37℃條件下培養(yǎng)24小時，然后數(shù)出培養(yǎng)基中菌群的個數(shù)，即為該水樣中含有的細菌總數(shù)。再測殼聚糖絮凝工業(yè)廢水后沉淀物的細菌總數(shù)，步驟如上，且再測一個平行樣。

1.2.6 絮凝顆粒的沉降 規(guī)律

用大量筒取400mL工業(yè)廢水，加入2mL殼聚糖溶液，調(diào)節(jié)pH值為8，用三角板的0刻度對準(zhǔn)量筒底部且與量筒平行。當(dāng)絮凝體開始出現(xiàn)時，找到一個比較大的顆粒，計下其位置所對應(yīng)得刻度，此時，時間為0。每隔一段時間計下其對應(yīng)的刻度。以時間為橫坐標(biāo)，以高度為縱坐標(biāo)畫出曲線。

1.3 殼聚糖分子量的降解及其黏度的測定

1.3.1 分子量的降解

(1) 將恒溫箱裝滿水，溫度設(shè)定為60℃，打開加熱器使溫度達到60℃。

(2) 稱取5g殼聚糖分別放入4個圓底燒瓶里，然后倒入200mL蒸餾水，放到恒溫箱中恒溫幾分鐘。

(3) 往1#、4#燒瓶里加入4mL HO，2#燒瓶里加入6mL HO,3#燒瓶里加入2mLHCl、4mL HO。

(4) 然后開始攪拌，1#、2#燒瓶攪拌4小時，3#燒瓶攪拌6小時，4#燒瓶攪拌20小時。

(5) 最后用抽慮機過濾，濾紙上的固體用蒸餾水洗滌，然后將其放在烘箱里烘干。烘干后編好號用紙包好放到干燥器里。注意的是3#燒瓶里殼聚糖全部溶解，過濾后只有濾液，所以先把濾液倒入坩堝里，然后把坩堝放在裝有水的燒杯上進行水浴加熱。燒杯里的水不要太滿且不能燒干。

1.3.2 黏度的測定

黏度反映了高分子物的分子量大小。殼聚糖是一種天然高分子多糖，分子量大小不同，其物理機械性能也不一樣，用途也不同，因此黏度是其一項重要指標(biāo)。

黏度的測定方法有多種，其物理意義不一樣。

在殼聚糖生產(chǎn)上，常用烏氏黏度計來測定殼聚糖的黏度。其原理是在一定溫度和溶劑條件下，特性黏度[η]和高聚物摩爾質(zhì)量M之間的關(guān)系通常用帶有兩個參數(shù)的Mark-Houwink經(jīng)驗方程式來表示：

式中，M為黏均摩爾質(zhì)量;K為比例常數(shù);α是與分子形狀有關(guān)的經(jīng)驗參數(shù)。K和α值與溫度、聚合物、溶劑性質(zhì)有關(guān)，也和分子量大小有關(guān)。K值受溫度的影響較明顯，而α值主要取決于高分子線團在某溫度下，某溶劑中舒展的程度，其數(shù)值介于0.5～1之間。K與α的數(shù)值可通過其它絕對方法確定，例如滲透壓法、光散射法等，由黏度法只能測定[η]。有下列公式可求[η]

y=

[η]=

式中，t為測定溶液黏度時液面從a刻度流至b刻度的時間;t0為純?nèi)軇┝鬟^的時間，c為殼聚糖溶液的濃度

可以看出高聚物摩爾質(zhì)量的測定最后歸結(jié)為特性黏度[η] 的測定。本實驗采用毛細管法測定黏度，通過測定一定體積的液體流經(jīng)一定長度和半徑的毛細管所需時間而獲得。

(1) 黏度計的洗滌 先用熱洗液(經(jīng)砂心漏斗過濾)將黏度計浸泡，再用自來水、蒸餾水分別沖洗幾次，每次都要注意反復(fù)流洗毛細管部分，洗好后烘干備用。

(2) 調(diào)節(jié)恒溫槽溫度至(25.0± 0.1)℃，然后將其垂直放入恒溫槽，使水面完全浸沒G球。

(3) 溶液流出時間的測定 用移液管分別吸取已知濃度的殼聚糖溶液，由A管注入黏度計中，恒溫15min，在C管處用食指堵住使之不通氣，在B管處用洗耳球?qū)⑷芤簭腇球經(jīng)D球、毛細管、E球抽至G球2/3處，松開食指，讓C管通大氣，此時D球內(nèi)的溶液即回入F球，使毛細管以上的液體懸空。毛細管以上的液體下落，當(dāng)液面流經(jīng)a刻度時，立即按停表開始記時間，當(dāng)液面降至b刻度時，再按停表，測得刻度a、b之間的液體流經(jīng)毛細管所需時間。重復(fù)這一操作至少三次，它們間相差不大于0.3s，取三次的平均值為t1。

(4)溶劑流出時間的測定 先用殼聚糖溶液的溶劑潤洗黏度計幾次，步驟如上。

實驗完畢后，黏度計一定要用蒸餾水洗干凈。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH值的 影響 結(jié)果

pH值是影響絮凝的一個重要因素。PH值過高(>10)或過低(<4)都會影響殼聚糖同廢水中的各種微粒間電荷分配比例，我們在此過程中發(fā)現(xiàn)最佳絮凝pH值是6，高或低絮凝效果將明顯下降。數(shù)據(jù)如下：濁度=15.4

濁度率=×100%

表1 pH值的影響

pH	4 5 6 8 9
濁度 濁度率	14.9 10.5 0.5 12.5 9.3 3.25% 　 31.8% 96.8% 38.4% 21.5%

圖1 pH值的影響

2.2 濃度的影響結(jié)果

殼聚糖在絮凝廢水中的蛋白質(zhì)時所需的最佳濃度同廢水的種類有關(guān)。我們用豆?jié){作模擬廢水時的最佳體積是2.5mL，用牛奶作模擬廢水時的最佳體積為2mL。濃度過高或過低絮凝效果反而降低。所以，濃度的高低直接影響絮凝效果，數(shù)據(jù)如下：濁度=115

表 2 濃度的影響

體積(mL)	1.5 2 2.5 3 3.5 4
濁度 濁度率	60 37 21 26 47 70 47.8% 67.8% 81.7% 77.4% 59.1% 38.3%

圖2 濃度的影響

2.3 溫度的影響結(jié)果

溫度也是影響絮凝劑的一個因素，且溫度在20~70℃間便可滿足要求，但在30~50℃間較為理想，45℃的時候效果最好，溫度過高可能破壞了殼聚糖分子結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)如下：濁度=15.4

表 3 溫度的影響

溫度℃	30 35 40 45 50 60
濁度 濁度率	10.8 6.6 6 1.8 5.9 7.6 29.9% 57.1% 61.0% 88.3% 61.7% 50.6%

圖3 濃度的影響

2.4 黏度的影響結(jié)果

黏度同樣是影響絮凝劑的一個重要因素，較高的黏度有較好的絮凝效果，所以在條件允許時，應(yīng)盡可能選用高黏度的殼聚糖作絮凝劑。數(shù)據(jù)如下：濁度=169

表 4 黏度的影響

分子量	740000 130000 100000 70000 4000
濁度 濁度率	24.8 40 62 79 251 85.3% 76.3% 63.6% 53.3% 48.7%

圖4 黏度的影響

2.5 殼聚糖回收蛋白質(zhì)及殺菌效果

2.5.1 殼聚糖回收蛋白質(zhì)效率

殼聚糖對蛋白質(zhì)有強烈的絮凝作用。主要是其分子鏈中大量的游離氨基在溶液中表現(xiàn)出了優(yōu)越的陰離子型聚電解質(zhì)的性質(zhì)，在與蛋白質(zhì)作用過程中能夠同時發(fā)揮電中和絮凝和化學(xué)架橋絮凝的雙重作用，既殼聚糖分子中帶正電荷的氨基與蛋白質(zhì)分子但負(fù)電荷的基團相互吸引以后，一方面有效地中和了蛋白質(zhì)的表面使之絮凝下沉;另一方面壓縮了膠體微粒的擴散層而使膠體微粒凝聚脫穩(wěn)，并借助于高分子鏈間的化學(xué)架橋作用而產(chǎn)生絮凝沉降，所以殼聚糖對蛋白質(zhì)的凝集能力很強。本試驗主要通過測濁度　　來看看殼聚糖絮凝蛋白質(zhì)的效率，數(shù)據(jù)如下：濁度=255，絮凝 工業(yè) 廢水后測得的濁度為濁度=21，濁度=22。平均濁度為21.5。所以殼聚糖對工業(yè)廢水中蛋白質(zhì)的回收率為：

回收率==x100%=91.6%

由此可見殼聚糖對蛋白質(zhì)的回收效果很好，達到了90%以上。這說明 應(yīng)用 殼聚糖回收蛋白質(zhì)有很大的 發(fā)展 前景，有的 研究 殼聚糖同其它絮凝劑復(fù)合使用的效果。

2.5.2 殼聚糖的殺菌效果

殼聚糖對革蘭氏陰性菌和真菌能產(chǎn)生明顯的抑制作用。有的研究者分別采用固體培養(yǎng)和液體培養(yǎng)兩種方式，選用了6種菌株：3種革蘭氏陰性菌(鼠傷寒沙門氏菌、綠膿假單胞桿菌、大腸桿菌);3種革蘭氏陽性菌(金黃色葡萄球菌、芽胞梭菌、糞鏈球菌)。研究結(jié)果表明，殼聚糖對水傳病原體具有殺滅能力，特別是對革蘭氏陰性菌效果更強，而且殼聚糖的脫乙酰度和濃度均對其抗菌性有所影響，一般來說，脫乙酰度和濃度越大，滅菌能力越強。殼聚糖的抗菌性顯然使其在飲用水凈化中更具優(yōu)勢，但在處理工藝中如何發(fā)揮尚待進一步的試驗研究。數(shù)據(jù)如下：

表 5 工業(yè)廢水中的細菌總數(shù)

稀釋倍數(shù)	100倍 1000倍
細菌總數(shù)(個/L)	32000 31500
平均值(個/L)	31750

表 6 絮凝沉淀中的細菌總數(shù)

稀釋倍數(shù)		10倍 20倍
細菌 總數(shù) (個/L)	⑴	1630 1600
	(2)	1500 1580
平均值(個/L)		1578

由上列數(shù)據(jù)可得殼聚糖除菌效率：

殺菌率=×100%=95%

由此可見殼聚糖具有殺菌能力且達到90%以上。因此用殼聚糖回收蛋白質(zhì)的同時又殺死了一部分細菌，這樣就減少使用氯水消毒，也減少了氯仿污染的可能。

2.6 顆粒沉降的 規(guī)律 結(jié)果

水中懸浮顆粒依靠重力作用，從水中分離出來的過程稱為沉淀。顆粒比重大于1時，表現(xiàn)為下沉;小于1時，表現(xiàn)為上浮。在水處理中，常遇到兩種沉淀，一種是顆粒沉淀過程中，彼此沒有干擾，只受到顆粒本身在水中的重力和水流阻力的作用，稱為自由沉淀;一種是顆粒在沉淀過程中，彼此相互干擾，或者受到容器壁的干擾，雖然其粒度和第一種相同，但沉淀速度卻較小，稱為擁擠沉淀。本試驗顆粒沉淀近似為自由沉淀。數(shù)據(jù)如下：

表 7 顆粒沉降的規(guī)律數(shù)據(jù)

T(s)	0	15	35	45	55	65	75	85	95	105	115	125	135
H(cm)	23	21	19.3	18.8	17.8	16	14.6	13	11	9	6.8	4.2	1.7

圖5 顆粒沉降的規(guī)律

2.7 測定黏度

殼聚糖的黏度與分子量成正比，所以根據(jù)可求出分子量。黏度由上述 方法 測得，由公式可得：

(1)用4mLHO降解4小時的殼聚糖黏度及分子量

y===1.162

[η]===106.686

==134738.525

(2)用6mLHO降解6小時的殼聚糖黏度及分子量

y===1.190

[η]===84.443

==104787.261

(3)用4mLHO降解6小時酸作溶劑的殼聚糖黏度及分子量

y===1.0095

[η]===4.4839

==4461.08

(4)用4mLHO降解20小時的殼聚糖黏度及分子量

y===1.1428

[η]===63.1414

==76657.46

3 結(jié)論

殼聚糖作為天然陽離子型高分子絮凝劑，對蛋白質(zhì)表現(xiàn)出很強的絮凝作用，能夠快速高效地從液體中分離和回收蛋白質(zhì)。不但絮凝條件溫和(pH6~7,溫度20~70℃)，且用量也較少。許多食品加工廠的廢水中含有大量的蛋白質(zhì)，如果用殼聚糖絮凝劑進行處理，不但可以凈化污水，而且能夠回收蛋白加以利用。因為殼聚糖為天然產(chǎn)物，無毒，無味，用它回收蛋白質(zhì)可以作廉價的動物飼料添加劑。除此之外，殼聚糖還有很強的殺菌能力，達到90%以上，這樣在回收蛋白質(zhì)的同時又殺滅了大部分細菌，用它回收的蛋白質(zhì)作飼料就減少了氯水消毒的過程，進而較少了產(chǎn)生氯仿的可能性，防止了二次污染。

參考 文獻

[1]. 蔣挺大，殼聚糖[M],北京:化學(xué) 工業(yè) 出版社，2001年,12-15

[2].曲榮君，劉慶儉，天然高分子吸附劑 研究 -羧甲基交聯(lián)殼聚糖樹脂的合成及吸附特性[J]，環(huán)境 科學(xué) 學(xué)報，1997，17(1)：121~125

[3].張慶云，張靜，楊秀云等,幾種吸附樹脂對五氯酚鈉吸附性能的研究[J].離子交換與吸附，2001, 17(5): 357-362.

[4]鄭連英 朱江峰，殼聚糖的抗菌性能研究[J]，材料科學(xué)與工程，2000，18(2)：22-24

[5]湯鴻霄，錢易,水體顆粒物和難降解有機物的特性與控制技術(shù)原理(上卷)[M]，水體顆粒物， 中國 環(huán)境科學(xué)出版社，2000，12，137~145

[6]劉之杰，余剛，劉滿紅，殼聚糖絮凝劑對聚合氯化鋁的助凝作用[J]，環(huán)境化學(xué)，2004，23(3)：306~309

[7]劉振儒 田重威，殼聚糖復(fù)合粘土礦凝聚銅綠微囊藻的研究[J]，環(huán)境工程，2004，22(3)，80-82

[8] Ganjidoust H,et al,Effect of Synthetic and Natural coagulant on lignin Removal from pulp and paper Wastewater[J],Wat.Sci.Tech.1997,35(2-3):291~296

[9].Mclachlan D R C,Aluminum and the risk for AlzhEimer,s disease[J].Environmetrics 1995,6,233-275