文摘
水污染是一个全球性的问题,因为潜在的致命的毒素。高分子纳米材料进入水处理过程和被用来有效地去除各种污染物。聚合物纳米材料的解决方案是一个受欢迎的选择,因为他们有一个高吸附容量和高的表面电荷。纳米复合材料最近来的关注那些在水处理领域的工作为了更有效地去除污染物。聚合物复合材料是基于生物聚合物和正在研制。这些都很快达到行业标准,因为他们的低对自然世界的影响。壳聚糖是一种生物高分子,广泛使用。此外,它是一种最高度首选生物聚合物。它是简单的扩大和容易获得。纳米材料的掺入到生物高聚物允许更好地控制形状,大小,和粒子的形态,以及增加对污染物去除效率。 This is an excellent review that examines recent developments in the formation of chitosan-based polymeric nanocomposites and their performance in removing various contaminants including heavy metals, dyes, pesticides, pharmaceutical waste, and radionuclides from water.
1。介绍
增加全球化和工业化导致了许多不同的污染物污染我们的水源。作为纯饮用水的需求日益增加,水资源枯竭留给人类use-reuse周期以外没有别的选择。但这就会变得稍微复杂一些的水是由许多不同种类的污染物污染(1,2]。水的主要污染物不仅损害人的健康,还影响到生物存在于水体(3]。污染物影响植物在水中;污染物的存在,或专门染料,阻碍了阳光的渗透,导致光合活动(4]。有很多研究进行讨论污染物在水中的有害影响。水被污染,由于各种各样的污染物如洗涤剂、肥料、农药、染料、制药、和重金属(5]。除了这些有机污染物如碳氢化合物,酚类,油,油脂也污染物的一部分。医院和行业的角色在污染水源,值得一提的是,导致微生物污染。有研究揭示塑料微粒在海洋水的存在6]。这些有害污染物的去除是需要一个小时。这是通过许多不同的水处理方法。
前,许多不同的过程,如离子交换、超滤、反渗透、氧化、絮凝、吸附。使用膜病理污染物的去除也进行了。但吸附技术是广泛使用的过程去除有机阴离子或阳离子污染物(7]。与已经存在的污染物,增加水处理方法变得效率低下,导致新的治疗方法的必要性。纳米技术与纳米材料的特性可用于治疗地下水,地表水、污水和其他水源污染,有毒污染物(8]。纳米粒子的大小起着至关重要的作用在纳米材料的吸附和解吸9]。随着纳米技术的出现,纳滤,碳纳米管纳米纤维过滤器,用于修复允许解毒污染物(10]。纤维素纳米材料运用高效nanosorbents由于其提高,低成本、可持续性、和生物降解性11]。金属和金属氧化物纳米材料也发现进入污水处理和已使用一段时间。金属纳米粒子的银、黄金、和金属氧化物纳米颗粒的二氧化钛,氧化锌和氧化铝也用于消毒和净化过程。其他纳米粒子使用磁性纳米颗粒,具有高表面积、高反应活性,和很强的吸附能力12]。磁性纳米颗粒主要用于去除重金属。纳米粒子也用作nanoadsorbents和核壳结构的组件13]。纳米零价铁粒子用于高氯酸盐污染的地下水的修复主要是和碳氢化合物的液体。纳米技术的进步为污水处理也是可视化在纳滤膜的形式14),从薄创建聚合物薄膜。纳滤应用的特点是charge-based排斥机制,主要是为了降低硬度,气味,颜色,从地下水重金属离子。另一个纳米技术的出现是纳米复合材料薄膜的使用,基于纳米材料的膜结构和位置。这些纳米复合材料分为传统纳米复合材料薄膜纳米复合材料(10),surface-located纳米复合材料。研究正在提高使用的纳米产品在去除微和nanoplastic饮用水(15]。
聚合物得到了重视废水由于其属性和多功能性。今天,聚合物基纳米复合材料是申请的有毒物质。天然和合成聚合物都是废水处理中发挥关键作用,但天然聚合物获得大部分的注意力,因为他们是廉价和更有效10]。天然聚合物/生物聚合物有特定的结构、理化性质、化学稳定性、高反应活性。官能团的存在有助于新的bioadsorbents显示更高的亲和力的合成碳氢化合物和金属。生物聚合物中,多糖是投入太多使用由于其环保自然,生物降解性、无毒性,等等。他们也能够绑定到不同的分子通过物理和化学的相互作用16]。这种吸附能力使他们水处理的理想人选。甲壳素和壳聚糖和试验是研究最多的多糖去除的污染物,特别是水溶性污染物、金属离子和有机污染物(17]。甲壳素和壳聚糖也具有成本效益,因此,有很多关注这些聚合物的使用。
2。几丁质
甲壳素和壳聚糖是第二个最丰富的多糖独特的化学、物理和生物特性。甲壳素,聚β- (1 - 4)-N-acetyl-D-glucosamine),是在1884年首次发现18]。甲壳素是白色的,硬,缺乏弹性。发现结晶微纤维,形成特定的甲壳类动物的结构组件和酵母和真菌(19]。也发现在其他低生活有机体如房子板球(Brachytrupes portentosus) (20.]。尽管甲壳素发生在其他生活形式,广泛从甲壳类动物的壳。新提取过程从其他生物更研究由于日益增长的需求。几丁质、均聚物发生在3形式,即甲壳素-α(反平行的连锁店),甲壳素-β(平行链intrasheet H-bonding)和甲壳素-γ(平行和反平行的连锁店)[21]。第三种形式γ几丁质,而被视为是两者的结合α和β形式。α甲壳素是发现的甲壳类动物的外骨骼,酵母细胞,和节肢动物表皮最丰富的变形,β甲壳素是从鱿鱼笔中提取的。β甲壳素可以很容易地转换成它α—构成(22]。甲壳素不溶于无机和有机溶剂由于强大的国际米兰,分子内氢键网络。甲壳素是不溶性壳聚糖,甲壳素的脱去乙酰基产品,得到了关注和大多数行业中使用。
3所示。壳聚糖
壳聚糖是甲壳素的最重要的一个衍生品,是通过脱乙酰作用。甲壳素在本质上是丰富的,但壳聚糖只是从甲壳素含量低而派生23]。壳聚糖是一个线性聚合物D-glucosamine N-acetyl-D-glucosamine。壳聚糖含有许多氨基和羟基等官能团的原因它的灵活性和选择不同的应用程序。形态,发现壳聚糖在许多不同的形式像水晶一样,半晶质和无组织的。它的分子量是300年和1000年之间kDa [24),这取决于甲壳素的来源。
3.1。结构
甲壳素和壳聚糖与纤维素相似但有不同的属性。分子式被描述为(C6H11没有4)n [25]。脱乙酰作用的α甲壳素的结果将乙酰基从几丁质,从而形成氨基酸组,壳聚糖的最终产品。壳聚糖是一种丙烯β——(1⟶4)2-acetamido-d-glucose和β- (1⟶4)2-amino-d-glucose n -乙酰葡萄糖胺和氨基葡萄糖,两个平时糖的比例取决于碱治疗。它包含一个伯胺和两个羟基为每个单体(26]。壳聚糖化学活性是由于重复中小学羟基,和一群胺脱去乙酰基单元。D-glucosamine含有自由氨基,他们拿起一个正电荷。这个属性的属性如抗菌性能和溶解性(26]。
在固体中,壳聚糖是一种半结晶聚合物在外观白色或略黄色。在固态,壳聚糖分子微晶的高阶包含两个主要的结晶多晶型物。壳聚糖是水晶,这使得它可以访问试剂(27]。壳聚糖有两种形式,即水合形式命名为“跟腱壳聚糖”和使脱水形成名为“退火壳聚糖。“这些壳聚糖的形式包含两个反平行的壳聚糖分子的双重的螺旋构象,稳定的氢键。水晶细胞间的水分子存在于由多个氢键稳定结构。腱的壳聚糖可以转化成一种退火加热,这是可逆的3]。
壳聚糖具有四个结晶多晶型物。壳聚糖的结构特性是相似的甲壳素。polycationic,它允许不同的复合物的形成。壳聚糖非热塑性;在融化前降低(28]。壳聚糖不溶于水和大多数有机溶剂,但能溶于酸性水溶液,如柠檬、甲、乙酸、乳酸和和溶剂如10-camphor磺酸、对甲苯磺酸、二甲亚砜。壳聚糖主要以脱乙酰作用的程度和分子量29日]。这些影响壳聚糖的生物和生化的特性。壳聚糖是从甲壳素的分化程度的N-acetylation和氨基的存在。乙酰化程度小于50%时,聚合物壳聚糖(28]。
4所示。壳聚糖的性质
某些特定的甲壳素和壳聚糖的特性使它成为一个多才多艺的物质在不同领域中的应用。壳聚糖是一种脱去乙酰基产品,多数研究人员认为产品是壳聚糖脱乙酰作用的程度大于70%时(28]。需要一个精确的方法来评估壳聚糖的物理化学性质。大多数属性影响壳聚糖的分子量和脱乙酰作用的程度。壳聚糖是容易受到化学修改(30.]。高电荷密度的pH值6.5。壳聚糖有多种多样的应用,性能有至关重要的作用是一样的。
4.1。物理化学性质
以下4.4.1。结构
壳聚糖分子大多是组织在无定形区域的高度有序的微晶。如上所述,两种结晶多晶型物存在:肌腱壳聚糖和退火壳聚糖(19]。有报道称,四结晶多晶型物与有机和无机酸壳聚糖。在这些多晶型物,无水I型盐,在壳聚糖主链,保留未改性壳聚糖分子的双重的螺旋。这是I型形式,当发生构象变化的盐构造类型II、活动花絮,III,分化的链被安排在反平行的螺旋面褶皱(30.]。
4.1.2。分子量
壳聚糖的分子量决定了大部分功能性质。分子量和程度的乙酰化甲壳素和壳聚糖的形式最重要的特征。这两个功能性质上产生影响壳聚糖在固态或解决方案。分子量是影响水化胶体形式和粘弹特性的解决方案(19]。研究表明,高分子量壳聚糖展览比其他人更好的伸长和稳定;膜结晶度和分子相互作用高于低分子量壳聚糖。壳聚糖的分子量决定使用粘度测定法、光散射法、高效液相色谱法,等等。壳聚糖的分子量影响的属性,壳聚糖的分子量范围可用3 - 4订单。壳聚糖的分子量可以减少化学、物理、或酶法水解19]。
4.1.3。乙酰化程度
乙酰化作用的程度决定了大多数壳聚糖的性质。最显著的变化是,壳聚糖在酸性变得polycationic媒体氨基酸组是得。乙酰化作用的程度决定了大多数功能性质如肿胀的程度,溶解性,生物相容性,生物降解和生物活性。作为乙酰化的程度是一个非常重要的标准,重要的是要确定分析壳聚糖质量(19]。乙酰化程度的主要特点是紫外光谱,电位滴定1氢谱红外光谱(19]。
4.1.4。功能性质
壳聚糖的上述化学性质导致独特的属性。壳聚糖的n -乙酰葡萄糖胺组形成疏水相互作用和氢键从而稳定分子的刚性补充和加强结构。壳聚糖有如下的一些功能性质。
4.1.5。溶解度
壳聚糖溶于水介质;它被认为是一种弱碱。这是因为分布在壳聚糖分子的氨基质子化了的,得到一个电荷密度高达一个阳离子电荷/氨基葡萄糖单元。除了硫酸稀无机酸为壳聚糖(合适的溶剂19]。壳聚糖不溶于非极性有机溶剂。壳聚糖热降解之前达到玻璃化转变阶段,因此,凝胶的制备,海绵、电影、纤维等进行通过壳聚糖的解决方案(19]。
4.1.6。吸附容量
这个过程涉及离子、氢、疏水键、范德华力被称为吸附。壳聚糖的官能团生成各种分子的相互作用。吸附能力取决于其物理化学特性和吸附物的特点。壳聚糖对金属离子的吸附能力而闻名,因此用于各种废物管理系统31日]。
4.1.7。粘度
粘度决定渗透的程度和分子量决定粘度中起着重要作用。粘度随乙酰化的程度。它随存储时间和温度以及电解质的存在。当粒径较小,粘度较低(32]。
4.2。生物属性
壳聚糖的生物学性质表现出主要是由于物理化学性质。他们是无毒、可生物降解和生物相容性和高湿度吸附。由酶如几丁质酶和壳聚糖是可生物降解的自然跟偏见存在于原核生物和高等动物。壳聚糖是生物相容性,它不妨碍生命系统的密切联系。毒性LD50大概是16 g / kg类似盐和糖毒性(28]。壳聚糖的生物相容性属性n -乙酰氨基葡萄糖的存在,它在结构上是类似于粘多糖。壳聚糖的生物活性是另一个方面的兴趣。壳聚糖具有多种多样的生物活性包括抗菌,抗病毒,抗真菌,是生物医学的兴趣33]。
5。甲壳素和壳聚糖的提取
5.1。提取甲壳素
甲壳素和壳聚糖提取主要通过两种方法:化学和生物方法。控制甲壳素的因素和条件的特点是纯洁,程度的脱乙酰作用,多分散性指数和分子量28]。生产几丁质和壳聚糖的主要来源是主要蟹和虾的甲壳类动物。同时,他们发现某些真菌的细胞壁和昆虫。化学提取方法非常适用于商业目的,尽管它影响甲壳素的特性和对环境是有害的。化学提取方法图1。
化学提取方法包括以下步骤:deproteination,去矿化作用和变色。Deproteination涉及生物聚合物使用化学物质的解聚作用打破化学键之间的蛋白和几丁质(34]。许多类型的化学物质如氢氧化钠、KOH和Na2有限公司3被用作脱朊代理,他们每个人的反应条件可能会有所不同。氢氧化钠是最常用的,导致部分甲壳素的脱乙酰作用,降低分子量的生物聚合物的水解。下一步就是去矿化作用,矿物主要是碳酸钙被强酸的治疗。这些酸常用的是H2所以4,HNO3、盐酸、HCOOH和CH3羧基(35]。这个过程释放的二氧化碳发生由碳酸钙的分解钙盐处理盐酸(36]。这是变色过程后,提取过程的额外步骤。这样做是为了消除色素等β胡萝卜素和虾青素的提取来源得到无色的产品。有机或无机溶剂如次氯酸钠、双氧水,丙酮是用于这一目的。
由于化学提取过程中的某些缺点,生物方法能更多的关注在选择利用酶和微生物中提取甲壳素(37]。这个方法是环保的,不改变甲壳素的结构。在这种方法中,采用deproteination利用蛋白水解微生物(图2)。最广泛使用的方法提取甲壳素酶除蛋白,利用微生物发酵(38]。酶deproteination包括去除蛋白质在甲壳素的提取使用蛋白酶等蛋白水解酶。蛋白水解酶的主要来源是植物、动物和微生物。在这个过程中,各种蛋白酶是胃蛋白酶,碱化,胰蛋白酶、木瓜蛋白酶,胰液素等等39]。
在此方法中,使用微生物发酵是另一个过程的提取。在这里,可以选择特定的微生物,用于这个过程,和包括两种类型的方法:乳酸发酵和nonlactic酸发酵。在乳酸发酵乳酸菌sp.应变使用乳酸在哪里获得通过修改葡萄糖随后的pH值下降,禁止腐败微生物的生长。
因此乳酸与碳酸钙和乳酸钙沉淀形式,反应恢复,用水洗。许多因素如碳源及其浓度、温度、接种体的数量,和初始pH值和进步在负责这个过程的生产率(40]。在nonlactic酸发酵、真菌和细菌等曲霉菌。,芽孢杆菌。,假单胞菌spp。有关。各种特性可能影响发酵过程,从而增加deproteination和去矿化作用效率(33]。
6。甲壳素与壳聚糖的转换
壳聚糖是甲壳素的脱乙酰作用得到的聚合物的家庭使用酸溶液治疗和碱性水解。这里可以转化为壳聚糖甲壳素化学或酶(41]。化学脱乙酰作用过程中,甲壳素脱去乙酰基的帮助下碱或酸。自从糖苷键易受酸、碱脱乙酰作用是更常用42]。脱乙酰作用过程是通过同构或异构的方法来完成的。在异构的方法中,添加几丁质与热浓氢氧化钠几个小时,从而获得了不溶性壳聚糖,脱去乙酰基高达85% - -99%。在均匀的方法中,甲壳素是分散在浓氢氧化钠约25°C约3小时准备碱甲壳素,然后悬浮在碎冰在0°C。这里,溶性壳聚糖,脱去乙酰基48 - 55%。壳聚糖制备的改变可能导致粘度的变化,乙酰基分布沿链,分子量等。43]。酶脱乙酰作用过程中,甲壳素脱去乙酰基酶甲壳素脱乙酰酶的帮助。这在几丁质酶水解N-acetamido债券形成壳聚糖。然而,这种酶在天然甲壳素不那么有效,这是水晶和不溶性。为了克服这一点,水晶甲壳素进行某些预处理如研磨,加热,声波降解法。碳和氢的结构如图3(一个)并给出几丁质机制图3 (b)。
(一)
(b)
6.1。壳聚糖改性
壳聚糖是一种独特的阳离子多糖,可以很容易地由化学官能团不同的衍生品,辐射,和酶的方法(图4)。这些不同的改性技术,化学改性技术是更广泛的使用。尽管壳聚糖具有许多功能性质和其他生物活性,应用有限由于其低溶解度因其僵化的晶体结构。这个问题可以通过修改克服壳聚糖化学或其他酶的方法来产生新的衍生品。脱乙酰作用程度,分子量和结晶度是壳聚糖的主要特点,在修改可以形成不同的生化的属性(29日]。
化学改性可以提高物理和化学性质,因为在壳聚糖羟基和氨基的组织。最常用的化学蚀变N-substitution壳聚糖,壳聚糖的官能团反应的氨基。同时,O-substitution经常被使用。所涉及的化学反应这一修改碱化反应、酰化、烷基化、磷酸化、羟基化、接枝共聚等45]。化学改性也保留了壳聚糖的基本性质和增加壳聚糖衍生物的应用程序。
最常用的壳聚糖的化学修改如下:(i) N-substitutions没有保护剂,在氨基转化为季铵与季磷盐通过化学反应或季铵化合物,导致衍生品的形成与增强的水溶性和生物属性由于聚合物上的正电荷是永久性的。氯化N, N, N-Trimethyl壳聚糖(TMC)是其中一个最重要的第四纪壳聚糖衍生物[46]。额外的方法是N-alkylation N-arylation通过壳聚糖的氨基之间的席夫碱中间体和醛酮减少伴随着希夫氏碱中间体。N-phosphorylation也是另一个关键反应改善壳聚糖的化学和生物属性。(2)N-substitution使用保护剂,-哦组受chemoselective方法合成均匀N-quaternarized保护壳聚糖衍生物[46]。(3)O-substitution使用保护剂,化学改性壳聚糖的氨基侵入从而影响生物活性属性。以这样一种方式,与邻苯二甲酸酐N-phthaloylation使化学改性由于phthaloyl集团成为deprotected有效地恢复自由氨基酸组,提高壳聚糖的溶解性(47]。(iv) N, O替换过程在哪里羧化作用,表现在两个方面。C6-hydroxyl氧化和C2-amino替换,使不溶性壳聚糖可溶的。(v)壳聚糖的交联反应,交联剂生成离子键或物理交联导致强烈的三维结构。低分子量壳聚糖进行交联得到适当的结构,热,机械性能(48]。
壳聚糖化学改性是通过附加敏化糖,树枝状分子,冠醚、环糊精聚合物骨干。敏化时利用一定波长的光不需要现成的一个反应。尽管合成聚合物大多采用,在1980年,田中等人报道第一个合成光敏聚合物壳聚糖和从然后,几项研究报告对其生产(49]。可以使用光敏生物聚合物作为生物矿化的工具利用他们在牙科/骨修复光激励机制。树枝状分子是对称的聚合物大分子和高度支化和多功能特性。通过两种方法可以树枝化聚合物;他们是附加到处理和macromonomer过程。树枝化壳聚糖被发现是非常有效的病毒的基因传递向量(50]。使用环糊精修饰的壳聚糖结合壳聚糖字符和环糊精的性质改变其物理和化学性质。此外,壳聚糖通过辐射的修改包括辐射诱导聚合、辐射交联,以及聚合物的形态变化。其他各种酶的修改,修改plasma-induced修改等。28]。
壳聚糖和修改后的衍生品在各领域的应用。由于缺少毒性、生物降解性,生物相容性,和低过敏性,壳聚糖衍生物应用用于各种目的。由于这些生物属性,它们用于药物输送,这nanoparticulate药很适合各种类型的癌症的治疗(51]。也可以利用壳聚糖及其衍生物作为一个至关重要的元素在组织工程由于其易于化学改性,形成多孔结构,凝胶(4]。也用于化妆品口腔健康保健、护理、头发和皮肤。他们也可能表现出抗菌、抗氧化和抗炎活动(52]。
7所示。壳聚糖纳米复合材料
纳米复合材料是多相材料,至少一个阶段有一个尺寸范围内的10 - 100海里。简而言之,纳米复合材料构件,尺寸在纳米范围内以前所未有的灵活性和改善他们的物理属性。由于纳米复合材料的性能有重大改进和化学结构的不同(53]。纳米复合材料显示增加热稳定性、机械性能、磁导率、电导率、增强的光学清晰,表面外观,增加耐化学性。纳米复合材料是由混合富勒烯、无机制备金属氧化物半导体,或粘土与生物分子、有机聚合物、有机金属化合物,和sol-gel-derived聚合物(54]。纳米复合材料分为聚合物基纳米复合材料和nonpolymer-based纳米复合材料。聚合物纳米复合材料进一步划分为陶瓷、有机/无机、有机/ inorganic-hybrid和层状硅酸盐。Nonpolymer-based纳米复合材料进一步分类为金属纳米复合材料、陶瓷纳米复合材料,和ceramic-ceramic纳米复合材料34]。
最近的改进导致chitosan-based纳米复合材料的出现,在聚合物和纳米颗粒导致特定的属性。壳聚糖聚合物基体中纳米颗粒的存在提高了其固有的特性,如机械、化学和物理稳定性。它还赋予壳聚糖的物理化学性质和高表面积。壳聚糖纳米复合材料壳聚糖和碳之间的大多是创建,粘土、聚合物、金属/金属氧化物材料通过化学或物理相互作用[32]。纳米复合材料的分类图5。
壳聚糖纳米复合材料合成通过湿和干燥的方法。大多数metal-chitosan使用相关减少盐纳米复合材料合成。聚合物改性的物理方法是最简单的过程,在两个或两个以上的聚合物混合,形成一种新材料展示不同的物理性质32]。不同的紫外线等物理方法,辐解,声化学用于物理方法。在化学方法,电化学辐照,化学还原,热分解和绿色化学的方法进行创建壳聚糖纳米复合材料(30.]。生物合成的壳聚糖纳米复合材料也更欣赏和使用方法由于物理和化学方法的缺点。纳米复合材料制备及其应用给出了数据6和7。
8。壳聚糖纳米复合材料对废水处理
壳聚糖本身是用于水净化过程多年。壳聚糖能有效去除重金属、石油泄漏和细颗粒物从废水19]。此外,壳聚糖及其衍生物具有更高的吸附和螯合效应,可以吸附或捕获重金属。壳聚糖也有效地吸附放射性元素。,壳聚糖是一种天然高分子絮凝剂有助于重用在絮凝活性成分(11]。这导致壳聚糖是随着纳米粒子形成纳米复合材料用于污水处理。Chitosan-based材料多的关注功能纳米粒子的使用环境和其他应用程序。壳聚糖纳米复合材料用于废水处理的去除不同污染物对环境造成有害影响。壳聚糖纳米复合材料和不同污染物的某些方面他们删除这里讨论,以及最近的进步在特定区域。
8.1。重金属
也被称为重金属微量元素或金属元素,元素有一个原子密度6克/厘米3或更高版本。最有毒重金属对环境构成严重风险目前的废水中的铅、砷、镉、铬、铜、镍、锌、银等(55]。造成环境和健康问题,这也创造了废水的处理成本急剧上升。许多不同的吸附剂用于有效的去除重金属,但随着最近的趋势在纳米技术、天然聚合物的修改,使用壳聚糖纳米复合材料有效地去除重金属。这是由于壳聚糖是无毒和碱,耐腐蚀。活动组的壳聚糖的存在有效地吸附重金属,加上纳米粒子时,壳聚糖复合材料可以回收利用。
铅、广泛用于电镀、冶金行业,其他行业也污染环境中的水和仍下去。因此,有必要恢复受污染的水。环境中的铅仍[56]。虽然聚丙烯酸与壳聚糖结合,耐酸性增加,将磁性纳米颗粒,磁性纳米复合材料组成。这种磁性纳米复合材料形成显示更高的吸附活性最大吸附容量为204.89毫克/克。反应了pseudo-second-order动力学和安装朗缪尔等温线模型(11]。去除铅、镉和汞离子废水连续流动是一个挑战,这是与珍珠层中获取灵感成为可能。多层羟基磷灰石/壳聚糖复合材料机械强度高,能忍受高压而有效地吸附重金属离子。有效的去除铅离子是注意到在这项研究中11]。
六价铬是诱变。铬也会引起腹泻、肾脏功能障碍和胃痉挛。它还会影响水生生物。在使用chitosan-MnO有效吸附铬被注意到2纳米复合材料的最大吸附容量61.56毫克/克。铬吸附包括单层和多层吸附。有效吸附铬之间由于静电吸引正电荷纳米复合材料和阴离子表面铬(57]。有效去除铬也观察到在使用两种不同的功能化纳米复合材料的吸附容量61.35毫克/克和58.14毫克/克(58]。取消使用triethylenetetramine-modified空心铁铬也方便3O4/ SiO2/壳聚糖磁性纳米复合材料的浅显的方式创建。吸附能力表现出显著的,高于大多数吸附剂(58]。去除不同的重金属离子,如铅(II), Cd (II)和Hg (II)与chitosan-boehmite干燥剂进行纳米复合材料是使用一个锅溶胶-凝胶法合成路线。这个特殊的纳米复合材料是可重用的和具有良好的吸附能力58]。砷会导致很多危害健康和持续吸入的砷会导致皮肤癌。有效吸附砷从水生环境的观察在使用针铁矿/氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料最大吸附容量为289.42毫克/克,表中给出1。
这是由于O-NHCO——的存在,切断,地,和Fe-O团体,但主要因素之间的络合离子(III)和羟基氧化铁(67年]。取消三价钆和钐离子是由绿色合成新型NTiO有效完成的2-Ch@NZrO2壳聚糖纳米复合材料。这种纳米复合材料具有良好的吸附性能62年]。铁离子吸附在三聚氰胺接枝纳米复合材料合成的帮助下通过接枝聚合显示有效的吸附能力。铀污染的水会导致畸形的骨骼和慢性肾脏疾病。有效去除U (VI)、欧盟(III)和铬(VI)使用壳聚糖改性二硫化钼准备通过二硫化方法。金属离子的去除主要是由于羟基和氨基集团之间的静电吸引65年]。
8.2。染料去除
染料使用在许多行业,如印刷、纺织、和绘画的根源污染水(68年]。最有毒的染料进入水环境和可能影响光合活动通过减少阳光穿透,负面影响水生生物和人类的生活。所以,有必要移除这些染料和保护环境。为此,一些物理、化学和生物方法。这些方法,吸附被认为是最常见的生化的方法用于此目的。各种吸附剂用于染料去除;其中,使用壳聚糖由于其官能团的存在,自然界中丰富的生物聚合物。它也几经修改和与其他纳米粒子结合形成纳米复合材料来克服它的各种限制。
R Remazol艳蓝染料(RBBR)是一种有害染料影响水生生物的纺织行业,因此,有必要将它从受污染的水。为此,所需的和可恢复的bioadsorbent发达,是一个新的磁希夫氏base-chitosan-benzil /氧化锌/ Fe3O4纳米复合材料。除了各种吸附参数,参数优化Box-Behnken设计是为了优化合成条件。这里的最大吸附容量是620.5毫克/克,和动能和等温线模型pseudo-second-order动力学模型和弗伦德里希模型(65年]。酸性蓝25是一种阴离子染料,可以从受污染的水与壳聚糖聚合物纳米复合材料(CS-PVA@CuO)。在这里,吸附动力学符合pseudo-second-order模型和最大吸附容量是171.4毫克/克。此外,吸附等温线符合朗缪尔模型(69年]。
直接红81是一种有毒磺化偶氮染料中污染水的帮助下吸附剂壳聚糖/删除零价纳米复合材料(CS-nZVI)。吸附等温线符合弗伦德里希模型和动力学符合一级(70年]。刚果红是另一种染料,它存在于与人类的关系是非常有毒的水,在进入人体。这个染料被代谢联苯胺,人类致癌物,应该从水中移除。吸附剂氧化锌/壳聚糖纳米复合材料是由原位沉淀的方法。进来接触染料时,吸附剂吸附在一个单层,和它的最大吸附容量是227.3毫克/克。还发现,刚果红吸附是更好的表现出朗缪尔模型(71年]。活性红120 (RR120)染料是另一种染料在水环境的帮助下,可以删除生物吸附剂混合交联chitosan-epichlorohydrin / TiO2纳米复合材料(CTS-ECH / TNC)这是一种无机杂化纳米复合材料。吸附数据很好地证明了pseudo-second-order动能和朗缪尔等温线模型。的最大吸附容量CTS-ECH / TNC染料RR120被发现210毫克/克(72年]。孔雀石绿是一种阳离子染料的筛选了污染水的帮助下吸附剂chitosan-zinc氧化物复合。等温线模型符合朗缪尔模型和显示11毫克/克的吸附能力。吸附动力学被发现pseudo-second-order模型(73年]。甲基橙是一种最稳定的偶氮染料废水中的礼物。这种染料的去除是chitosan-silica纳米复合材料的帮助下完成的。吸附的过程与朗缪尔模型最适合的最大吸附容量7毫克/克(74年]。亚甲蓝是一种阳离子染料废水的积累会导致很多负面影响人类和水环境。壳聚糖/二氧化硅/氧化锌纳米复合材料是一种吸附剂用于去除染料从受污染的水。在这里,吸附等温线符合朗缪尔模型和吸附动力学pseudo-second-order模型。最大吸附容量是293.3毫克/克(75年]。玫瑰红是一种阴离子染料工业废水中。删除这个染料的分子印迹聚合物(MIP)的帮助下,chitosan-TiO2纳米复合材料(CTNC)。在这里,染料的最大吸附容量是79.369毫克/克。同时,平衡数据最适合朗缪尔模型和遵循pseudo-second-order动力学(76年]。直接蓝71 (DB71)和活性蓝19 (RB19)是两个染料吸附的帮助下从水环境磁场的壳聚糖/二氧化硅/碳纳米管纳米复合材料(MNCSC)。分析了它与朗缪尔等温线模型好模型,和动力学pseudo-second-order模型。的吸附能力MNCSC DB71是61.35毫克/克和RB19 97.08毫克/克(表2)[78年]。
9。其他污染物
9.1。农药
杀虫剂用于植物和农作物保护导致的健康和富有成效的作物而污染环境56]。农药的出现带来了不利影响,随浓度、接触时间和金额。这些污染物引起严重健康危害等也是人类癌症、畸形、不育、和DNA突变(79年]。农药包括杀虫剂、杀菌剂、杀虫剂和灭鼠剂(7]。农药残留和代谢物的影响水环境不利。许多不同的过程显示不同的方法去除这些污染物。最近,有很多关注使用生物农药对植物生长,但大多数植物在本质上是疏水的,并使用大量的有机污染物溶解再污染环境。吸附是最广泛使用的农药去除的过程。壳聚糖纳米复合材料的使用是一个这样的有效过程农药去除由于壳聚糖的高吸附容量由于打开组的礼物(80年]。
鱼藤酮,一种无色,无味,异黄酮是一种广谱杀虫剂。这种杀虫剂也有毒鱼类和人类。鱼藤酮的毒性是更重要的取决于粒子的大小,如果粒子小高毒性。Chitosan-graphene氧化物纳米复合材料表现出更好的吸附之间的交互通过氢键CS-GO纳米复合材料和鱼藤酮(7]。有机磷农药在世界范围内使用。他们是有毒的,破坏酶系统,控制着身体的神经信号。有机磷农药的吸附mil - 88 (Fe) TiO抛锚2壳聚糖(2 d / 2 d)混合纳米复合材料是实现,涉及的反应是氧化反应(81年]。甲基对硫磷,有机磷杀虫剂,可以重复曝光靶器官损害,对水生生物有毒。有效吸附甲基对硫磷农药使用膨润土的二者混合聚合物进行插入与壳聚糖(82年]。有机除草剂大多非选择性;他们杀死鱼类和植物,在水的身体接触。离子液体改性壳聚糖/有机复合框架被用来有效地吸附有机除草剂。吸附过程的帮助下被发现了氢键和静电作用[83年]。Tricyclazole杀菌剂用于保护水稻,但原因增加器官重量和减少体重。Chitosan-based磁性分子印迹聚合物的选择性识别和吸附tricyclazole水样本。这种聚合物是高度选择性和特定的84年,85年]。
9.2。医药废物
水污染与许多医药废物正在成为一个重要的环境问题造成由于其生态毒性伴随着一些健康问题。最常见的目前的制药废水中的抗生素,类固醇,抗抑郁药,一些止痛剂、兴奋剂等。在各种去除方法中,吸附是发现这些化合物的去除更有效。最近,chitosan-based纳米复合材料用作环保生物聚合物显示这些药物材料的有效吸附。
氧氟沙星是抗生素废水中主要从医院废物和可能导致毒性和生物环境影响。因此,有必要把这个氧氟沙星与吸附剂辣根过氧化固定化壳聚糖氧化石墨烯纳米复合材料(HRP-CsGOn)。在这里,吸附动力学和等温线模型pseudo-second-order和朗缪尔模型符合的最大吸附容量378毫克/克(86年]。灭滴灵是另一种抗生素在水的帮助下有效地吸附铁3O4壳聚糖nanoadsorbent。在这里,吸附最大97.06毫克/克弗伦德里希等温线和pseudo-second-order动力学(87年]。四环素是一种常用的抗生素和经常被发现在水生环境中。这可能是删除使用伪造使用壳聚糖磁性纳米复合材料,硫代巴比土酸,丙二醛和铁3O4纳米颗粒(CTM@Fe3O4)。纳米复合材料显示了吸附最大215.31毫克/克和遵循动能和等温线pseudo-second-order动能和朗缪尔等温线模型(51]。
雌二醇,类固醇激素出现在废水中,可以被删除的帮助下壳聚糖/2O3公顷(羟磷灰石)复合珠子。吸附剂显示的最大吸附容量约为39.78毫克/克符合朗缪尔和pseudo-second-order动力学(1]。双氯芬酸钠是一种非甾体类抗炎药可吸附与AmCS@Fe从受污染的水3O4复合(amine-functionalized壳聚糖氨基壳聚糖;资产管理公司)和铁3O4)。相应的朗缪尔等温线,和最大吸附的动力学是pseudo-second-order模型469.48毫克/克(29日]。
9.2.1。氟化
氟离子对人体的正常运转至关重要,但是暴露在相同的超出了推荐水平导致各种疾病。过量氟可引起结构损伤和韧带。去除氟化物进行了早些时候与不同的物理和化学方法(88年]。最近,天然材料如粘土和沸石结合生物聚合物用于删除相同的。海绿石clay-functionalized壳聚糖纳米复合材料准备通过简单的混合和交联方法显示的有效吸附氟离子通过物理吸附过程(89年]。Chitosan-based含有铁的磁性纳米复合材料3O4@TiO2纳米粒子也表现出有效的从水中氟离子通过静电吸附和氢键相互作用90年]。去除地下水氟化物的帮助下chitosan-modified氧化锌/ ZnFe2O4纳米复合材料表现出优异的吸附性能。这个过程是自发和吸热。纳米复合材料的形态和结构属性发挥重要作用在吸附91年]。
9.2.2。放射性核素
放射性核素放射性原子,从核电站释放。最常发现在水中放射性核素铀、镭氡,。暴露于电离辐射引起许多不同形式的癌症,如胃、肺、骨头。壳聚糖纳米复合材料的不同放射性核素作为治疗的方法。chitosan-silica的纳米复合材料用于移除152 + 154欧盟从水中放射性核素。154年欧盟和152年欧盟产生裂变产物和半衰期从5到13年。这是一个主要关注对生物体的健康和人类的特别影响肝脏和骨癌。silica-chitosan纳米复合材料的使用是低成本和环保的。放射性核素的有效吸附过程是吸热的化学吸收作用[92年]。微碳纳米管纳米复合材料的使用的放射性核素152 + 154欧盟、60有限公司,134年Cs是报道,纳米复合材料(表显示清除能力3)[94年]。
9.2.3。微生物
水源性疾病是许多国家关注的重要问题,为了解决这个问题,人们迫切需要制定有效的水净化过程。紫外线辐射并不总是合适的,过滤是第二受欢迎的过程。使用纳米粒子在聚合物基质中在水处理过程中是一个突破。Chitosan-TiO2纳米复合材料的有效去除大肠杆菌从水中被报道(96年,97年]。除细菌是由于细胞膜损伤引起的附加组合。氧化应激和ROS也帮助去除的重要方面大肠杆菌(98年]。
9.2.4。浊度
废水的浊度是一个问题在水的净化。絮凝是一个方法被广泛用于去除水的浊度。絮凝剂增强去除浊度的植绒暂停材料一起,帮助他们安定下来。无机絮凝剂使用前,最近,天然聚合物用作絮凝剂。纳米复合材料是在絮凝剂使用。蒙脱石/壳聚糖/丙烯酸酯铵复合材料通过γ辐照显示优良的絮凝活性在河水58]。
9.2.5。石油泄漏
石油污染是一个普遍的灾难造成的石油泄漏的石油产品在运输或从石油和天然气工业排放。这可能导致可怕的影响水生环境也可能导致生态毒性和生命损失(99年]。polyhydrocarbons出现在油可能对水生生物造成直接或间接的影响包括了增长,窒息、缺氧,激素不平衡。这也可能导致麻烦的食物链和web海洋生物群。为了克服这种污染,许多技术,如分散剂、撇油器和吸附剂使用。纳米技术提供了最新的方法来纠正这个问题(One hundred.]。为此,菲的超顺磁的纳米复合材料3O4/壳聚糖使用共同沉淀创建的方法。这种纳米复合材料用于吸附的油污染水生环境中遵循pseudo-second-order动力学和融入朗缪尔等温线模型。的最大吸附容量纳米复合材料在去除石油泄漏被发现是157.739毫克/克(101年]。
10。未来的角度
壳聚糖纳米复合材料的使用证明了一个福音从水中不同污染物的去除,但这些研究都是在初始阶段。大规模的实现还需要成形。不同的其他方面使用壳聚糖纳米复合材料薄膜过滤器和传感器的传感可以看着不同的污染物。虽然复合材料被认为环保、没有多少研究已经经历了纳米复合材料的毒性评价引入到环境。同样的需要设计了有效的方法。
11。结论
水是一个重要的组件;因此,改善技术是必需的,这样纯净的饮用水供应,以满足日益增长的需求。利用聚合物纳米复合材料在水处理确保不仅保留颗粒物也从水中污染物的去除。纳米粒子的存在保证了高表面积,进而保证更高层次的效率。然而,可能发生的最重要的限制与高分子纳米材料大规模地实施这些过程,这使得它们很少适应治疗过程。最近,生物纳米材料的使用显示良好的吸附特性,这些材料是biorenewable在自然状态。当利用聚合物纳米材料对水的处理,如某些方面毒性问题,成本效益,纳米材料的潜在贡献二次污染需要考虑。聚合物纳米复合材料的使用废水是一种新型的治疗方法;因此,大量的需要进行更多的研究来比较这些不同的方法的性能和开发改进策略定位低成本、高选择性,可回收的纳米材料和nanocatalysts制作的。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现并不包含在这篇文章。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关这篇文章的出版。
确认
这项研究是由美国国家科学,研究和创新基金(NSRF)和蒙国王科技大学北曼谷合同号。kmutnb - ff - 66 - 01。