廖啟豐，呂 松，袁 斌

（廣東工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510006）

甲殼素接枝季 基殺菌混凝劑的合成及性能研究

廖啟豐，呂 松，袁 斌

（廣東工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510006）

以甲殼素、亞硫酰氯和三苯基膦為原料，經(jīng)取代反應(yīng)和雙分子親核加成反應(yīng)，合成了具有良好混凝性能和殺菌性能的甲殼素接枝季基殺菌混凝劑。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)確定最佳合成條件如下：反應(yīng)物配比n（甲殼素）∶n（亞硫酰氯）∶n（三苯基膦）＝1.0∶1.5∶1.5、反應(yīng)溫度60℃、反應(yīng)時(shí)間8 h、環(huán)己酮作溶劑，將其用于p H＝6.0的高嶺土模擬廢水的混凝實(shí)驗(yàn)，去濁率達(dá)80%左右。4＃實(shí)驗(yàn)合成得到的殺菌混凝劑在37℃的PBS緩沖溶液中對(duì)大腸桿菌的最小抑菌濃度為10 mg·L－1，殺菌率達(dá)90%以上；當(dāng)投藥量為40 mg·L－1時(shí)，對(duì)假絲酵母菌的殺菌率達(dá)90%以上。

甲殼素；季基；接枝；殺菌；混凝劑

甲殼素是一種從甲殼類(lèi)動(dòng)物的外殼中提取出來(lái)的高分子化合物，具有無(wú)毒、易生物降解、分子內(nèi)活性基團(tuán)多、可選擇性高等特點(diǎn)，成本低、來(lái)源豐富，是極具潛在利用價(jià)值的自然資源。國(guó)內(nèi)外對(duì)甲殼素的分子修飾主要是利用甲殼素分子上氨基和羥基的活性，引入新的化學(xué)基團(tuán)，以達(dá)到改善甲殼素性能的目的［1，2］。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要試劑與儀器

甲殼素（脫乙酰度23%），分析純；亞硫酰氯，工業(yè)級(jí)；三苯基膦，化學(xué)純；甲苯、丙酮、環(huán)己酮、無(wú)水乙醇、高嶺土，分析純。

SGZ－4001型光電濁度儀、GC－530型微機(jī)培養(yǎng)箱，上海悅豐儀器儀表有限公司；ZR4－6型混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)，深圳中潤(rùn)水工業(yè)技術(shù)發(fā)展有限公司；722型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司；低溫冷卻循環(huán)泵，上海羌強(qiáng)儀器設(shè)備有限公司；RE－52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠(chǎng)；CR－3560型高壓滅菌鍋；AL104型電子分析天平，梅特勒－托利多儀器（上海）有限公司。

1.2 合成方法

實(shí)驗(yàn)前將亞硫酰氯和溶劑進(jìn)行無(wú)水化處理。稱(chēng)取干燥的甲殼素粉末2.5 g分散到12 m L無(wú)水化處理過(guò)的溶劑中，置于100 m L的三頸瓶中，浸泡12 h后，室溫?cái)嚢璧渭右欢康膩喠蝓Ｂ?，繼續(xù)攪拌10 min后，升溫至80℃，反應(yīng)30 min，待無(wú)氣體逸出后，冷卻至室溫。稱(chēng)取一定量的三苯基膦溶解到溶劑中，將其滴加到反應(yīng)體系，在設(shè)定溫度下反應(yīng)一定時(shí)間，減壓蒸除溶劑，殘余物用無(wú)水乙醇洗滌，以除去殘余的三苯基膦，過(guò)濾，真空干燥，即得目標(biāo)產(chǎn)物甲殼素接枝季基殺菌混凝劑。

1.3 分析檢測(cè)及性能測(cè)定

1.3.1 磷含量的測(cè)定

1.3.2 混凝性能的測(cè)定

控制高嶺土模擬廢水的p H值為6.0，對(duì)殺菌混凝劑的最佳投藥量進(jìn)行測(cè)定。

將1000 m L模擬廢水p H值調(diào)至6.0，分別加入0 mg、10 mg、20 mg、30 mg、40 mg、50 mg的殺菌混凝劑；于300 r·min－1快攪30 s、120 r·min－1攪拌5 min、50 r·min－1慢攪15 min，靜置30 min；取上清液測(cè)定剩余濁度，計(jì)算去濁率；繪制去濁率與投藥量的關(guān)系曲線(xiàn)，確定最佳投藥量。

1.3.3 殺菌性能的測(cè)定

選擇磷含量較高且混凝性能較好的殺菌混凝劑來(lái)測(cè)定其殺菌性能。將殺菌混凝劑分散到由NaCl、KCl、Na2HPO4、KH2PO4組成的PBS緩沖溶液中，采用平板計(jì)數(shù)法，測(cè)定其對(duì)大腸桿菌和假絲酵母菌的殺菌性能［8］。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成工藝條件優(yōu)化

為考察反應(yīng)物配比［n（甲殼素）∶n（亞硫酰氯）∶n（三苯基膦），下同］、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、溶劑對(duì)殺菌混凝劑合成的影響，設(shè)計(jì)L9（3）4正交實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果見(jiàn)表1，極差分析見(jiàn)表2。

表1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.1 The results of orthogonal experiment

表2 極差分析Tab.2 Range analysis of orthogonal experiment

由表1可以看出，對(duì)于p H值為6.0的高嶺土模擬廢水，在不同溶劑中合成得到的殺菌混凝劑的混凝性能差異較大，其中在環(huán)己酮中合成得到的殺菌混凝劑的去濁率比在甲苯和丙酮中合成得到的殺菌混凝劑的去濁率高，達(dá)到了80%左右。這可能是由于，甲苯和丙酮中合成得到的殺菌混凝劑保留了甲殼素原有的外貌結(jié)構(gòu)，即保留了甲殼素的疏水性，所以測(cè)定混凝性能時(shí)漂浮在水面或水中央，以至于混凝結(jié)束后不能沉降下來(lái)。若能以適合的溶劑提前將甲苯和丙酮中合成得到的殺菌混凝劑溶解，然后再進(jìn)行混凝性能測(cè)定，其去濁率將會(huì)得到提高。

由表1還可以看出，2＃實(shí)驗(yàn)合成得到的殺菌混凝劑的磷含量最高，達(dá)到了5.20%（理論磷含量為6.61%）；4＃實(shí)驗(yàn)合成得到的殺菌混凝劑的磷含量次之，為2.34%（理論磷含量為5.78%）。

由表2可以看出，影響殺菌混凝劑磷含量的主要因素是反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度；影響殺菌混凝劑混凝性能的主要因素是溶劑。

結(jié)合表1、表2，單獨(dú)考慮殺菌混凝劑的殺菌性能（磷含量）時(shí)的最佳合成條件為：反應(yīng)物配比1.0∶1.5∶1.5、反應(yīng)溫度60℃、反應(yīng)時(shí)間8 h、丙酮作溶劑；單獨(dú)考慮殺菌混凝劑的混凝性能（去濁率）時(shí)的最佳合成條件為：反應(yīng)物配比1.0∶1.5∶1.0、反應(yīng)溫度60℃或70℃、反應(yīng)時(shí)間10 h、環(huán)己酮作溶劑。

綜合考慮殺菌混凝劑的殺菌性能和混凝性能，確定其最佳合成條件為：反應(yīng)物配比1.0∶1.5∶1.5、反應(yīng)溫度60℃、反應(yīng)時(shí)間8 h、環(huán)己酮作溶劑。

2.2 殺菌性能的測(cè)定

4＃實(shí)驗(yàn)合成得到的殺菌混凝劑的磷含量較高且混凝性能較好，其對(duì)大腸桿菌和假絲酵母菌的殺菌性能測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 甲殼素季鹽基殺菌混凝劑對(duì)大腸桿菌和假絲酵母菌的殺菌性能Fig.1 The bactericidal performance of quaternary phosphonium－based grafted chitin sterilization coagulant on E.coli and C.albicansi

由圖1可知，隨著投藥量的增加，殺菌性能逐漸增強(qiáng)。對(duì)大腸桿菌，當(dāng)投藥量為10 mg·L－1時(shí)，殺菌率達(dá)到90%以上，最小抑菌濃度為10 mg·L－1；當(dāng)投藥量為20 mg·L－1時(shí)，殺菌率接近100%。對(duì)假絲酵母菌，當(dāng)投藥量為10 mg·L－1時(shí)，殺菌率達(dá)到75%以上；當(dāng)投藥量為40 mg·L－1時(shí)，殺菌率達(dá)到90%以上。

3 結(jié)論

以甲殼素、亞硫酰氯和三苯基膦為原料，通過(guò)取代反應(yīng)和雙分子親核加成反應(yīng)，合成了具有良好殺菌性能和混凝性能的甲殼素接枝季基殺菌混凝劑。確定其最佳合成條件為：n（甲殼素）∶n（亞硫酰氯）∶n（三苯基膦）＝1.0∶1.5∶1.5、反應(yīng)溫度60℃、反應(yīng)時(shí)間8 h、環(huán)己酮作溶劑。合成得到的殺菌混凝劑對(duì)p H值為6.0的高嶺土模擬廢水的去濁率可達(dá)80%左右，對(duì)大腸桿菌和假絲酵母菌具有良好的殺菌作用。

［1］ 吳根，羅人明，趙耘摯.丙烯酰胺改性殼聚糖的制備［J］.化學(xué)世界，2001，42（2）：90－92.

［2］ 孫多先，徐正義，張曉行.季銨鹽改性殼聚糖的制備及其對(duì)紅花水提液的澄清效果［J］.石油化工，2003，32（10）：892－895.

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［8］ GB／T 14643.1－2009，工業(yè)循環(huán)冷卻水中粘液形成菌的測(cè)定平皿計(jì)數(shù)法［S］.

Study on Synthesis and Performance of Quaternary Phosphonium－Based Grafted Chitin Sterilization Coagulant

LIAO Qi－feng，LUSong，YUAN Bin
（Faculty of Environmental Science and Engineering，Guangdong University of
Technology，Guangzhou510006，China）

The quaternary phosphonium－based grafted chitin with good coagulation and bactericidal performance was synthesized from chitin，thionyl chloride and triphenylphosphine through substitution and SN2reaction.Through orthogonal experiment，the optimal synthesis conditions were obtained as follows：n（chitin）∶n（thionyl chloride）∶n（triphenylphosphine）＝1.0∶1.5∶1.5，reaction temperature was 60℃，reaction time was 8 h，cyclohexanone as solvent.The result revealed that the removal rate of turbidity of the product reached about 80%for Kaolin wastewater with p H value of 6.0.In the PBS buffer solution at 37℃，the minimum inhibitory concentration（MIC）of the product synthesized under 4＃conditions forE.coliwas 10 mg·L－1with the sterilization rate higher than 90%，and when its dosage was 40 mg·L－1，the sterilization rate reached up to 90%forC.albicansi.

chitin；quaternary phosphonium－based；grafting；sterilization；coagulant

O 636 X 703.5

A

1672－5425（2012）04－0057－03

10.3969／j.issn.1672－5425.2012.04.017

2011－12－16

廖啟豐（1986－），男，福建龍巖人，碩士研究生，研究方向：水處理控制技術(shù)；通訊作者：袁斌，教授，E－mail：gdyb1960＠126.com。