壳聚糖是一种衍生自可再生原料的多糖基生物材料，例如甲壳类动物的壳。壳聚糖对各种类型的污染物（即石油化学品，药物和农用化学品）显示出有限的吸附性能。相比之下，利用壳聚糖结构单元的合成工程生物材料显示出显着的吸附特性，可以调节各种类型的水性污染物。材料的最新进展使得纳米过滤 介质的开发具有相对容易，低毒性和可调谐的分子性质，适用于广泛的环境修复应用。设计策略如图1所示。

图1.通过多功能多糖（三角形）和双功能（矩形）接头的交联设计基于壳聚糖的纳米材料（分子海绵），直至形成多孔网络。

图2. 纳米介质在含有污染物的水中的吸附 -消除; 步骤1，吸附和步骤2，回收后解吸。

图3.壳聚糖吸附剂材料在模拟废水中的pH可切换结合行为的图示

纳米材料的应用

纳米生物材料具有多种多样且可调节的吸附性能，适用于各种水性污染物（如酚类染料）。在基于吸附的应用方面，图1中的设计策略提供了具有可变表面积，孔结构性质和可调表面化学性质的纳米吸附剂材料，适用于各种目标污染物。图2显示了水性污染物吸附 - 解吸的一般策略。

在最近的bench- 规模的含有纺织染料（见参考文献），其证明了基于壳聚糖的材料的工业应用的例子污染水试验中，一系列合成工程材料的制备，它显示显着的可调谐行为。后者是指根据吸附剂的组成从可逆（低亲和力）到不可逆（高亲和力）的可调结合亲和力。高亲和力材料的显着结合通过其在可变pH条件下在水中的可切换行为来证明。（从模拟废水中控制染料的吸收和释放条件如图3所示。吸附剂材料吸附和解吸工业染料的能力归因于吸附剂表面上离子基团的pH转换，通过将材料的表面电荷从中性状态（在低pH下; ~pH 2）反转为负值表面电荷从中性到负态的转换导致与带正电荷的染料（例如亚甲蓝）的排斥和吸引相互作用，如下所述。

最近，研究人员已经制备了一系列合成工程材料，这些材料对水性污染物具有独特的吸收特性，具有高度变化的亲脂性和亲水性。制备了含有壳聚糖的多组分共聚物，研究了它们对有机染料和无机物的吸附性能。与纯脱乙酰壳多糖相反，共聚物材料根据其结构和组成显示出显着更大的吸附容量。这项工作代表了可调和模块化生物材料吸附剂领域的重大贡献，用于纺织染料和无机 / 有机物的分子识别 水溶液中的阴离子。

使用壳聚糖的废水净化工艺

分阶段处理废水以优化壳聚糖共聚物粉末的使用。在第一阶段，水通过具有高频超声波的专利溶气浮选（DAF）装置与空气一起发泡。这导致轻微颗粒漂浮到顶部，重颗粒落到底部，这一过程由专利的离心分离器加速。轻粒子包括脂肪，油，油脂和藻类制造用生物膜飘浮顶端通过撇被除去; 重粒子只是沉淀到底部并从那里移除。

在第二阶段，使用获得专利的电凝单元对水进行电力消耗。电荷导致金属，矿物质和金属化合物变得不溶解; 即，与水分子分离并落到底部，从那里容易被除去。在第三阶段，纳米粉末用于捕获可溶性材料以及仍留在废水中的任何其他污染物。这些包括糖，清洁剂，激素，酒精和一些有机 化合物。
一旦废水经历了三个阶段的处理，无色，无味，可安全用于环境处理或一般工业或农业用途。如果饮用水需要水，它将在第四阶段进行生物净化。这涉及治疗由紫外线，臭氧气体，超声波共振或上述的组合。
纳米吸附剂材料可用于处理黑水 ; 但是，如果悬浮固体含量很高，则可能存在污垢问题。这可以在集成絮凝 - 凝结和过滤的系统中解决。在痕量有机污染物（如药物和石化产品）的情况下，纳米吸附剂材料被认为是有前景的。

结论

从几个角度来看，吸附材料代表了模块化技术。它们的合成修饰能够靶向感兴趣的特定水性污染物。作为好，单机效用过滤盒多步骤内或在其集成净化系统提供了有效的水治疗适用于各种应用行业。