壳聚糖基絮凝剂分子结构对其溶解度和絮凝性能的影响

摘要

为实现新型绿色高效壳聚糖基絮凝剂的开发以提高选矿废水处理效率，本文基于分子动力学模拟方法，首先构建了不同接枝单体类型的非离子型、阳离子型和阴离子型壳聚糖接枝共聚物，通过计算溶剂化自由能(ΔG_SFE)、回转半径（R_g）、均方位移（MSD）和扩散系数（D），系统分析了接枝单体类型对壳聚糖接枝共聚物溶解度的影响，计算表明接枝离子型单体可有效改善壳聚糖的水溶性.其次，选取了水溶性较好的阳离子型的壳聚糖接枝丙烯酰胺-二甲基二烯丙基氯化铵(Chi-g-P（AMDMDAAC）)为研究对象，通过相互作用能(E_interaction)，溶剂可及表面积（Solution accessible surface area,SASA）,R_g,D和吸附构象表征絮凝剂的吸附能力和架桥能力，详细分析了支链数量和长度对壳聚糖接枝共聚物絮凝性能的影响.结果表明，随着壳聚糖的支链数量和长度从2/3增加到6/9,E_interaction,R_g,SASA,D值呈现增大的趋势，吸附构象也从“列车式”吸附转变为絮凝剂一端吸附高岭石界面，另一端完全伸入水中的形式，此时絮凝性能最强.当支链数量继续增加而支链长度变短时，E_interaction,R_g,SASA,D值减小，絮凝性能减弱.最后进行了絮凝沉降试验，结果表明，所合成的絮凝剂支链多而长时絮凝性能最强，与模拟结果一致.本研究为开发绿色高效壳聚糖基絮凝剂提供重要研究基础，也对处理选矿废水的絮凝剂选择具有指导作用.

关键词

分子动力学 / 壳聚糖 / 接枝共聚 / 溶解度 / 絮凝剂

基金资助

国家外国专家资助项目（H20240073）; 国家重点研发计划重点专项（2021YFC2902404）