课题研究背景

近年来，随着经济的高速发展和生产工业化进程的加快，重金属铬在制革^[1-2]、化工、造纸、电镀、纺织、印染、化纤和农业等其它行业得到了广泛应用。与此同时，大量含铬废水的直接排放，对人类和环境造成了严重的危害。三价铬暴露在高温及酸性环境时，容易转化为六价铬，六价铬是国际抗癌研究中心和美国毒理学组织公布的致癌物，具有明显的致癌作用^[3]，含量超过10 #215; 10 － 6 mg /kg 具有致死能力，因此对含铬水体处理至关重要。目前，处理水体重金属铬离子的方法主要包括化学沉淀法^[4]、吸附法^[5-7]、膜分离技术^[8]等，其中吸附法由于其操作简单、吸附量大、选择性好、操作条件范围宽而备受关注。随着社会经济的发展，人类社会对水的需求量迅速增长。近50年来，人类对淡水的消耗量增加了3倍，虽然很多国家和地区致力于提倡节约用水，这种趋势还是无法阻挡。由此产生大量的废水未加处理，不能循环利用，造成水体污染，严重影响水生态系统的结构、功能和水资源的利用，使得世界上许多国家和地区出现水资源危机。通过各种渠道进入水体的重金属,其含量超过一定的限量,便会造成水体污染。水体的重金属污染，不但造成一定的经济损失，而且还严重危害着包括人类在内的各种生命体的健康与生存。

吸附法是金属离子废水处理技术中一种比较常用而且有效的方法。吸附法是利用多孔固体作为吸附剂，吸附废水中某种或多种污染物，以回收或去除某些污染物，从而使废水得到净化的方法。吸附法常用的吸附剂一般有以下几个特点^[9]：有大的比表面积，适宜的孔隙结构、优异的表面结构；对吸附质有强烈的吸附能力，较好的处理效果；不容易流失，容易再生，重复利用性强；有良好的机械强度等。吸附剂可以有效去除废水中各种污染物，尤其是采用其它方法难以有效处理的有毒或难降解污染物。因此，吸附法因其性价比高、操作简单及处理效率高等优势而倍受关注。 聚合物/层状硅酸盐复合物由于其独特的结构和功能性质引起了人们的广泛兴趣，其中，天然高分子聚合物具有资源丰富、无毒无害、可生物降解等优点，其结构中含有各种活性基团，表现出较活泼的化学性质。壳聚糖作为自然界唯一大量存在的碱性多糖，其分子链上含有大量的羟基和氨基等活性基团，对污染物具有良好的吸附效果。

1.壳聚糖

壳聚糖，即脱乙酰甲壳质，是一种天然高分子化合物，因分子中含有大量的氨基和羟基，能与金属离子形成稳定的螯合物，对去除废水中的重金属离子有显著效果，且无毒，能自降解，但是单独使用壳聚糖成本过高。且壳聚糖作为一种线性聚合物，在酸性条件下易软化流失，不能直接作螯合树脂使用，通过交联能有效提高吸附剂的稳定性及吸附性能，大大提升吸附剂的效能。

1.1.1 壳聚糖的结构及性质

壳聚糖是甲壳素脱乙酰基的产物，其化学名称为（1，4）-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖^[10]，是目前唯一发现在生物界中大量存在的一种碱性多糖，结构式如图 1-1 所示^[11]。

壳聚糖的大分子链上分布着大量的羟基、氨基，以及一些 N-乙酰氨基，表现出较活泼的化学性质，它们之间会形成各种分子内或分子间的氢键。由于这些氢键的存在，使壳聚糖分子更容易形成结晶区。壳聚糖的高结晶度，使其具有很好的吸附性、成膜性、成纤性和保湿性等物理机械性能^[12]。

壳聚糖因具有优良的吸附性、生物官能性、生物相容性等特点而被广泛应用于生物工程、医药、化工、纺织、食品工业和农业等多种行业。比如，壳聚糖的成膜性可应用于食品膜、食品添加剂、果蔬保鲜剂等；生物相容性、杀菌性可应用于生物医学材料，药物载体等。在农业中，壳聚糖可作为种子处理剂、饲料添加剂、生物病害诱抗剂等；在轻纺业中，可作为纺织物的印染剂等^[13]。另外，壳聚糖在水处理领域和环境保护方面的应用也日益广泛，如用作水处理中的净化剂、絮凝剂、饮用水净化中的抑菌剂、净化膜、重金属离子螯合剂、染料及有机污染物的吸附剂等^[14-15]。