基于壳聚糖的三元接枝絮凝剂CAM的合成及其在污泥处理中的高效性能与工程应用机制研究

针对污泥高浊度与脱水性差的问题，研究人员通过水相自由基共聚合成新型壳聚糖-丙烯酰胺-甲基丙烯酸甲酯（CAM）三元接枝絮凝剂。该材料通过亲疏水功能协同，显著降低过滤比阻（SRF）70.09%和浊度66.53%，优于二元接枝及商用絮凝剂，并在工程泥浆中验证了其广pH适应性和桥联-网捕机制，为工业污泥处理提供环保解决方案。

　　

随着环保要求的日益严格，污泥处理成为环境工程领域的重大挑战。工业污泥的高浊度和极差脱水性导致传统处理方法效率低下，而常用合成絮凝剂如聚丙烯酰胺（PAM）存在生物降解性差、二次污染风险等问题。天然高分子材料壳聚糖（CS）虽具有生物相容性和絮凝潜力，但其酸性溶解特性限制了实际应用。为此，湖南科技大学的研究团队通过创新性设计，开发了一种兼具亲水与疏水功能的三元接枝絮凝剂CAM（壳聚糖-丙烯酰胺-甲基丙烯酸甲酯），相关成果发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》。

研究采用水相自由基共聚技术，优化引发剂用量、温度及单体比例等参数，成功将AM和MMA接枝到CS骨架上。通过X射线光电子能谱（XPS）和热重分析（TG）证实了CAM的化学结构稳定性，其68%的接枝率显著提升了分子量及功能多样性。在模拟高岭土悬浮液实验中，CAM表现出卓越的絮凝性能：比阻（SRF）降低70.09%，浊度去除率达66.53%，优于二元接枝产物CA（壳聚糖-丙烯酰胺）和CM（壳聚糖-甲基丙烯酸甲酯）。

材料与制备
研究选用脱乙酰度≥95%的壳聚糖（CS）与丙烯酰胺（AM）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）为原料，通过过硫酸钾引发自由基聚合。反应体系经乙醇沉淀纯化后，通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和扫描电镜（SEM）表征证实了多孔结构的形成。

XPS分析
XPS谱图显示CAM中新增的O–C=O键（来自MMA）和C–N键（来自AM），这些基团通过电荷中和与氢键作用增强颗粒聚集。

工程应用验证
在桥梁桩基工程泥浆处理中，CAM展现出优异的适应性，其多孔结构通过桥联-网捕机制促进大絮体形成，BET比表面积分析表明絮体密度提高40%。

结论与意义
该研究不仅证实了三元接枝策略在优化絮凝剂性能中的关键作用——亲水AM增强溶解性与氢键作用，疏水MMA提升结构刚性——还首次实现了CAM在复杂工程环境中的规模化应用。其广pH有效性（尤其近中性条件）和环保特性为工业污泥处理提供了新思路。研究获国家自然科学基金（#52174100）等支持，团队成员Qiao Wang、Ziqian Li和Ling Fan等通过多学科协作，为天然高分子材料的工程化应用树立了范例。