两性型天然高分子材料结构形态与絮凝机理研究

天然高分子絮凝剂被誉为21世纪的"绿色絮凝剂"，其研究具有重要的现实意义。其中特别是两性型天然高分子，由于兼具有阴、阳离子基团的双重特点，不仅使用性能得到提高，而且其适用范围也大为加宽。但是，就其絮凝机理而言，目前研究得还很不充分，仅是简单套用黏接架桥或电中和凝聚机制。实验表明天然高分子材料表现出的良好絮凝性能还与其在溶液中的特殊结构形态有关。而相对于结构更为复杂的两性型天然高分子，其在溶液中的形态既区别于一般合成聚电解质，又与其它普通多糖物质不同，其溶液性质也必将更为复杂有趣。本项目拟制备一系列不同结构的两性型天然高分子，并在各种外界条件下，结合光散射、流变及电导等方法，通过对其溶液性质的认识，系统地研究高分子链尺寸和形态随浓度的变化规律；结合其在模拟水样中的实际絮凝效果，以及在动态条件下跟踪观察絮凝过程和絮体的结构变化；从分子结构角度解释材料性能，建立合理的构效关系，提出新的絮凝机理。

絮凝由于具有操作便利性价比高等特点是目前常规污/废水处理中最为常用的工序之一，而絮凝剂的选择直接决定了絮凝效果的好坏。目前常用的无机絮凝剂材料和有机合成絮凝剂尽管具有絮凝效果佳，价格低廉等优势，但普遍存在二次污染等问题而备受关注。近年来，天然高分子絮凝剂由于其环保特点而被誉为21世纪的“绿色絮凝剂”，其研究具有重要的现实意义。其中特别是两性型天然高分子，由于兼具有阴、阳离子基团的双重特点，不仅使用性能得到提高，而且其适用范围也大为加宽。但是，就其絮凝机理而言，目前研究得还很不充分，仅是简单套用黏接架桥或电中和凝聚机制。实验表明天然高分子材料表现出的良好絮凝性能还与其在溶液中的特殊结构形态有关。而相对于结构更为复杂的两性型天然高分子，其在溶液中的形态既区别于一般合成聚电解质，又与其它普通多糖物质不同，其溶液性质也必将更为复杂有趣。本项目以壳聚糖、淀粉，以及纤维素等为原料制备了多系列不同结构的两性型天然高分子，并在各种外界条件下，通过对其溶液性质的认识，系统地研究高分子流体力学尺寸和形态随pH、浓度等因素的变化规律；结合其在模拟水样中（如：高岭土悬浊液、染料污水等）的实际絮凝效果，并与常规无机絮凝剂（如：聚合氯化铝等）和有机合成絮凝剂（如：聚丙烯酰胺）絮凝性能进行对比，两性型天然高分子无论是絮凝剂用量还是使用范围均表现得更为优越；此外，还在动态条件下跟踪观察絮凝过程和絮体的结构变化中结合分形理论建立了定量的动力学模型；从分子结构角度解释材料性能，建立合理的构效关系，对两性型天然高分子絮凝剂絮凝机理进行了系统研究。