综述：壳聚糖基纳米结构膜在多样化环境应用中的最新进展

《Next Materials》：Recent advances in the chitosan-based nanostructured membranes for diverse environmental applications

本综述系统探讨了壳聚糖（chitosan）基膜在环境修复中的应用潜力，重点介绍了其作为可生物降解、生物相容且低成本生物聚合物的独特优势。文章详细阐述了壳聚糖的化学特性、改性策略（如与无机填料如Al2O3、SiO2、CuO、MnO2、GO及生物聚合物如纤维素、PEG的复合）、膜制备方法（包括溶剂蒸发、电纺丝、盐浸、3D打印等）及其在废水处理、重金属离子（如Cu2+、Pb2+、F-）去除、染料吸附、催化等领域的应用，同时指出了当前挑战（如机械稳定性、溶胀性）并展望了未来研究方向。

　　

壳聚糖基纳米结构膜在多样化环境应用中的最新进展

1. 引言

环境污染的全球关切推动了对可持续和生态友好型解决方案的需求。合成聚合物在水处理系统中的过度使用引发了环境问题，这激发了对可生物降解基质（如壳聚糖基膜）的兴趣。壳聚糖是一种丰富、可生物降解、生物相容且低成本的生物聚合物，具有独特的理化性质和活性功能位点，适用于结构修饰。其多功能性使其能够与生物聚合物、有机物和无机物形成改性膜。本综述提供了关于壳聚糖化学和改性策略、壳聚糖基膜制备方法及其在环境修复中应用的全面框架。它讨论了与无机填料和生物聚合物的复合系统、膜制备方法，以及在废水处理、催化和污染物去除中的潜在用途。该研究弥合了现有知识差距，探索了利用壳聚糖基膜推进可持续水净化系统的创新。综述还强调了当前挑战，并提出了壳聚糖基聚合物架构的未来研究方向。

2. 壳聚糖基膜

壳聚糖[poly-(β-1,4)-2-amino-2-deoxy-?-glucopyronose]通过甲壳素的脱乙酰化获得，来源包括蟹、虾、节肢动物的外骨骼以及真菌如Basidiomycetes、Ascomycetes、Zygomycetes、Deuteromycetes等的细胞壁。壳聚糖结构中的C-2位置有一个反应性-NH₂基团，C-3有一个伯羟基(-OH)，C-6有一个仲-OH基团，这使其在质子化后能良好地溶于水介质。由于其多样的表面化学性质，壳聚糖可用于制备多种环境应用的膜。与聚偏氟乙烯(PVDF)相比，壳聚糖基膜显示出更高的分离效率。然而，壳聚糖存在一些问题，包括亲水性和溶胀性，这使得膜脆弱且机械强度弱，难以承受流体冲击。作为生物吸附剂，壳聚糖已被用于在水处理过程中从水介质中去除有毒重金属离子，但由于其机械性能差、表面积小和热稳定性低，限制了其在许多领域的应用。这可以通过与纳米填料和姐妹多糖复合来补偿。

3. 壳聚糖 - 纳米技术

壳聚糖基纳米技术在各种领域显示出有前景的应用。聚合物的结构修饰旨在改善其特定和一般性质。通常，添加到膜中的材料是各种化合物的纳米颗粒(NPs)。纳米或微米材料被添加到膜结构中，分散在聚合物基质中或负载到表面结构上。壳聚糖已被证明是负载NPs的优秀基质。壳聚糖基纳米材料表现出几种特性，使其适用于各种应用。这些性质包括高表面积、可生物降解性、抗菌活性和生物相容性。壳聚糖基纳滤/超滤膜已用于水净化和蛋白质分离纯化。壳聚糖基纳米材料可以使用各种技术合成，包括电纺丝、纳米沉淀和层层自组装，具有定制性质，如颗粒大小、形状和表面化学。壳聚糖基纳米复合材料已被探索用于组织工程，具有改善的细胞活力和增殖。电纺壳聚糖纳米纤维用于水净化；壳聚糖基NPs用于药物递送；壳聚糖基纳米复合材料已用于生物传感和生物催化。尽管壳聚糖基纳米材料具有潜力，但仍需解决几个挑战，包括可扩展性、长期稳定性、性能和成本效益。

4. 纳米填料介导的壳聚糖膜

壳聚糖与无机材料的复合膜在过去几十年中一直受到关注，因其优异的理化属性。为了改善壳聚糖基膜的功能性，可以向聚合物基质中添加不同的填料，如石墨烯、碳纳米管、磁性颗粒、富勒烯、TiO₂、沸石等。对现有文献的批判性评估揭示，需要更多系统研究纳米填料含量、膜厚度和工艺参数对壳聚糖基膜分离效率的影响。

4.1. 氧化铝介导的壳聚糖

氧化铝是一种广泛使用的先进填料和吸附材料，因其独特的织构和物理性质。它已成为聚合物复合材料开发中常用的纳米填料。氧化铝和氧化铝涂层聚合物材料被广泛用作吸附剂，用于去除氟化物(F^-)和重金属。壳聚糖/氧化铝复合膜可以通过将氧化铝颗粒分散在壳聚糖聚合物基质中来合成。所得复合材料具有优异的去除F^-离子的能力，归因于其静电和络合机制，使其适用于环境净化。复合材料表面带正电的Al³⁺通过静电吸引吸引F^-离子。另一种通过络合吸引F^-离子的可能性是F^-作为螯合剂。据报道，壳聚糖/氧化铝复合膜的孔径范围从45到100 nm，高温下孔径和孔隙率减小。所得膜可以去除水体中的Cu²⁺离子。交联的氧化铝/壳聚糖膜由于其强度和pH稳定性而更受青睐，这对于去除Cu²⁺离子是必需的。氧化铝的加入提高了壳聚糖基膜的机械强度和去除效率。使用交联氧化铝/壳聚糖膜实现了92.5%的Cu²⁺去除效率，最大吸附容量为125.6 mg/g。使用壳聚糖/氧化铝复合膜实现了95.2%的F^-离子去除效率，最大吸附容量为45.6 mg/g。类似地，另一项研究报道使用壳聚糖/氧化铝复合膜约90%的F^-离子去除效率。另一项研究报道使用壳聚糖/氧化铝复合膜90.2%的Pb²⁺离子去除效率。

4.2. 二氧化硅介导的壳聚糖

壳聚糖与铝硅酸盐（一种半导体）的相互作用有利于开发新的环境策略，用于生产有机-无机复合膜。壳聚糖-二氧化硅阴离子交换膜可以制备以增强其机械性能、离子交换容量和对钒离子的低渗透性。(3-缩水甘油氧丙基)三甲氧基硅烷的加入作为交联剂提高了壳聚糖/二氧化硅基膜的化学稳定性和机械强度，以排除钒离子。壳聚糖与二氧化硅的螯合已显示。壳聚糖-二氧化硅阴离子交换膜据报道具有与其他阴离子交换膜相当的离子交换容量。壳聚糖-二氧化硅膜的机械强度据报道随着二氧化硅的添加而增加。壳聚糖-二氧化硅膜的化学稳定性据报道通过交联得到改善，在酸性介质中浸泡后质量损失最小。

4.3. 氧化铜介导的壳聚糖

纳米尺寸的材料表现出与块状材料不同的性质，因其独特的结构特征。因此，金属氧化物壳聚糖膜已使用CuO作为纳米填料制备。CuO是一种p型半导体，具有单斜结构，作为一种有趣的多功能材料，用于光降解有色有机化合物。它具有窄带隙，使其成为优秀的光催化剂。CuO NPs的带隙能量据报道为1.7 eV，适用于光催化应用。CuO NPs的理化性质取决于其大小和结构。壳聚糖和CuO之间可能的相互作用已证明。铜铁氧体固定化磁性壳聚糖膜表现出对水介质中有机抗生素的有效光催化降解。将CuO NPs添加到壳聚糖/羟丙基纤维素基抗菌生物纳米复合膜中，据报道将拉伸强度提高到33 MPa。CuO-壳聚糖膜据报道表现出可重现的非酶电化学葡萄糖传感器，灵敏度为503 μA mM cm^?2。

4.4. 金纳米颗粒介导的壳聚糖

金纳米颗粒(GNPs)在环境传感中引起了相当多的关注。GNP介导的壳聚糖膜已用于检测水系统中的肝素。GNPs通过旋涂分散到壳聚糖膜中，以制备用于分子传感的等离子体平台。在另一项研究中，壳聚糖/GNPs平台用于使用差分脉冲伏安法电化学检测双酚A，检测限为0.32 μmol L^?1。类似地，GNPs通过耗尽法固定到壳聚糖处理的大豆针织织物上，以生产抗菌/紫外线防护纺织品。另一项研究描述了抗菌和非细胞毒性壳聚糖/GNP纳米复合膜的开发。

4.5. 二氧化锰介导的壳聚糖

壳聚糖/MnO₂基复合膜可用作吸附剂，用于去除Zn(II)和Pb(II)离子，因其高吸附容量和环境友好性。Cr(VI)在MnO₂/壳聚糖纳米复合材料上的吸附已被报道。壳聚糖/聚乙烯醇(PVA)基MnO₂膜显示出优异的电容行为，比电容约为140 F g^?1。此类膜是柔性能量存储设备中可弯曲电极材料的合适候选者。制备了催化性MnO₂/MXene/壳聚糖纳米复合纳滤膜，用于从水系统中去除咖啡因。MnO₂和MXene的加入增强了膜孔隙率(23.76%)和渗透性(19.33 L m^?2 h^?1.bar)，同时保持有效去除水介质中的污染物。

4.6. 氧化石墨烯介导的壳聚糖

壳聚糖/GO基复合膜广泛用于农业和废水处理。GO介导的壳聚糖膜可以在从污染水中消除重金属离子过程中实现增强的分离效率和渗透通量。已尝试通过自组装制备壳聚糖和GO纳米复合材料。结果清楚地显示，石墨烯基材料比简单壳聚糖材料具有更高的拉伸强度和杨氏模量。添加GO显示壳聚糖基膜断裂伸长率显著增加。研究结果表明，GO纳米片倾向于分散在纳米复合材料中。已合成具有不同比例的壳聚糖-GO复合膜作为吸附剂，用于农药的固相萃取。这些膜可以用戊二醛交联，以改善其在水介质中的尺寸稳定性。

5. 壳聚糖/亲水聚合物膜

壳聚糖/亲水聚合物基膜，特别是与PVA和聚乙二醇(PEG)的膜，因其在所有比例下的混溶性而被深入研究。此类复合膜表现出改善的柔韧性和加工便利性。壳聚糖与多种聚合物的复合材料已被报道，包括壳聚糖/纤维素、壳聚糖/PVA、壳聚糖/PEG、壳聚糖/聚羟基丁酸酯、壳聚糖/聚己内酯、壳聚糖/胶原蛋白和壳聚糖/纤维素纤维。此类膜发现有价值的环境应用。在一项研究中，通过应用动态方法检查了Cu(II)和Zn(II)离子双混合物的吸附，采用壳聚糖-二氧化硅-PEG膜。壳聚糖/PEG基质与离子物种之间的相互作用通常增强复合膜的交联度和机械性能，与非掺杂膜相比。

6. 壳聚糖/生物聚合物复合膜

天然生物聚合物已被用作最丰富、可再生和环境友好的材料，如壳聚糖和纤维素。由于其高特异性、亲水性、易于修饰和生物相容性，壳聚糖膜已用于分离应用。一个这样的例子是壳聚糖与细菌纤维素的共混。膜的细胞培养研究证实，细菌纤维素和纤维素/壳聚糖基膜没有细胞毒性。制备的膜显示出相当大的抗菌活性和保水能力。藻酸盐是一种在海水中发现的多糖，其骨架由两个重复的羧酸盐单糖单元组成。这种聚合物是各种染料和其他水污染物（如金属离子）的有效吸附剂。壳聚糖-藻酸盐膜已被探索用于从水中去除除草剂，解决与除草剂污染相关的严重健康风险。

壳聚糖与蛋白质（如明胶）共混显示出改善的渗透性和孔隙率，使其成为金属离子过滤和废水处理等应用的有前途的材料。壳聚糖/蛋白质基超滤膜表明对制药行业中其他离子的高排斥性。在一项研究中，制备了聚(?-赖氨酸)掺入的壳聚糖膜。聚(?-赖氨酸)是一种有效的涂层剂，促进壳聚糖基膜的增殖，从而定制其表面化学性质。

7. 生物基增塑剂在壳聚糖系统中

增塑剂是使壳聚糖基膜柔韧以适应多样化应用所必需的。工业上，最常见的增塑聚合物是聚氯乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚醋酸乙烯酯、丙烯酸类、聚酰胺和共聚酰胺；然而，它们会引起毒性。生物基增塑剂从可再生资源中获得，如植物、细菌或真菌，用于增强生物塑料（如壳聚糖）的柔韧性和可加工性。它们在改善壳聚糖膜的性质方面发挥着至关重要的作用，包括改善柔韧性、可加工性、性能和可持续性。一些可用于壳聚糖膜的生物基增塑剂例子包括甘油、山梨醇和柠檬酸。

8. 壳聚糖膜制备方法

8.1. 溶剂蒸发

溶剂浇铸方法通常用于制备壳聚糖薄膜。其中，设计一个典型的柔性壳聚糖悬浮液，放置在玻璃板上，并在60°C下干燥2.5小时。活性药物成分也可以通过基于乳液的微囊化配制成壳聚糖微球。这涉及将有机相悬浮在分散相中，稳定乳液，并蒸发溶剂以形成可收集和使用的微球。常用溶剂包括氯仿、二氯甲烷和乙酸乙酯。

8.2. 盐浸

盐浸是一种在壳聚糖膜中产生多孔空腔的技术。它涉及向壳聚糖溶液中添加致孔剂如盐，固化它，然后用溶剂去除盐以产生孔隙。研究人员使用盐浸方法创建多孔壳聚糖/PVA/羧甲基纤维素(CMC)仿生支架并研究其性质。此类膜可以容易地构造成具有均匀分布多孔结构的所需形状。支架的强度随孔隙率增加，可以通过掺入CMC轻松调节。使用SEM检测的坚固支架膜的形态显示良好的孔隙率。壳聚糖是一种众所周知的聚电解质，因其主链中存在NH₂基团。一项研究已对壳聚糖基电解质复合膜进行，其中膜使用戊二醛作为交联剂制备。制备的膜具有三层结构，中间层是多孔的。通过掺入氢氧化钾(KOH)制备壳聚糖基复合膜用于离子交换系统。

8.3. 乳液形成

壳聚糖膜可以使用乳液形成技术制备，通常涉及水包油(W/O)或油包水(O/W)乳液。壳聚糖微球的配方涉及研究壳聚糖浓度、油类型、乳化剂和W/O比的影响。在壳聚糖分子中，N-乙酰化残基（疏水部分）和?-葡萄糖胺（亲水组分）使壳聚糖能够通过乳液技术形成膜。分子质量和脱乙酰度可以影响壳聚糖分子的乳化潜力。通过乳液技术制备的壳聚糖基膜可广泛用于不同环境应用中的吸附视角。

8.4. 自组装

分子组装包括通过分子相互作用增殖分子。此类化合物，虽然弱，但由于其数量大，可以形成非常高阶的结构，反映在生物大分子中。自组装是一个过程，其中现有元素的 disrupted arrangement 由于其组件之间的特定局部连接而创建模式。NPs的合成和随后形成的微米和明确纳米结构在纳米科学和纳米技术中有许多令人兴奋的应用。它可以生产各种复杂材料，包括管、棒、胶束、膜、中间相、薄膜和颗粒。随着纳米技术的发展，壳聚糖/磷脂纳米颗粒基膜在广泛的应用中显示出巨大前景，包括治疗、诊断和靶向药物递送。

8.5. 交联

壳聚糖水凝胶膜的整体和表面交联被认为是克服其在水含量下低机械稳定性的更实用方法。该技术有利于改善壳聚糖的化学稳定性。根据交联剂的性质，壳聚糖可以通过离子或共价交联。戊二醛和乙二醛是广泛用于共价交联的化学品；然而，由于它们未反应形式的毒性，优选天然交联化学品如京尼平。相比之下，离子交联是一个相对温和和可重现的过程。壳聚糖的-NH₂基团在酸性介质中质子化，然后通过静电相互作用与阴离子三聚磷酸盐相互作用，形成离子交联的壳聚糖基水凝胶膜。这些膜的性质取决于它们的交联密度。壳聚糖与离子交联剂的静电相互作用主要取决于阴离子的分子结构，这可以调节壳聚糖和交联剂之间的电荷密度调整。溶液的pH主要控制电荷数。原位壳聚糖基离子交联季铵化壳聚糖已制备用于燃料电池应用。

8.6. 电纺丝

纳米纤维是一类独特的纳米材料，具有各种令人兴奋的性质，因其纳米级特征。它们具有巨大的机械性能，并且由于其高体积，它们的表面可以容易地修饰。各种方法，包括相分离、自组装和电纺丝，可用于生成纳米纤维。电纺丝是一种可重现的方法，用于从各种聚合物材料制备具有可控形态的光滑纳米纤维。电纺丝利用高电压场从带电或熔融聚合物溶液生产纳米纤维。通过调整其他参数和修改聚合物溶液的性质，电纺丝可以生产各种形态。仔细控制工作条件和溶液参数可以生产高度光滑、无珠、非织造纳米纤维膜。壳聚糖基纳米纤维膜在过滤应用中受到关注。壳聚糖/聚己内酯基纤维膜已用于抗菌水过滤。此类纳米纤维膜具有高孔隙率，可以导致增加渗透性和降低过滤压力，从而为水过滤提供安全的抗菌模式。

8.7. 3D打印

三维(3D)打印是一种制造过程，从数字设计创建物理对象。几种合成和天然聚合物可用于3D打印。壳聚糖基聚合物是用于3D打印的多功能材料，特别是在生物医学和环境领域。3D打印的壳聚糖基膜有效地用于固定污染水中存在的微生物。壳聚糖基聚合物可用于制造3D打印吸附剂或过滤器，用于分离水中的悬浮颗粒。

9. 膜基技术

膜技术用于所有涉及跨两相传输材料的工程方法。膜技术通常用于食品、生物技术和制药等行业中的冷分离过程，提供高效和温和的分离方法。此外，使用膜使得通过热分离方法不可能分离成为可能。例如，通过蒸馏分裂共沸流体的组分形成同构晶体及其重结晶是不可能的。在处理污染水方面，膜技术正变得越来越实用。超滤和微滤等膜技术有效去除颗粒、胶体和 macromolecules，包括细菌，从污染水中。膜在环境保护中起着关键作用，并越来越多地用于能源应用，如燃料电池和渗透发电厂。可生物降解聚合物，如壳聚糖，通常用于制备这些目的的膜。在此，讨论了各种膜基技术。

9.1. 过滤

微滤是一种过滤过程，其中污染液体转移到 distinct membrane。它通常与其他分离过程结合使用，如超滤和反渗透，以生产无 unwanted impurities 的产品。微滤膜，包括那些由壳聚糖制成的，通过去除病原体如Cryptosporidium和Giardia lamblia在水处理中发挥关键作用，这些病原体对传统消毒剂有抵抗力。这些膜通过将过滤和消毒结合在一个步骤中，提供成本效益高的解决方案，减少了对化学品的需求。它们也可用于二次水处理以去除杂质，并且与 coagulants 一起，可以靶向特定污染物如磷和砷。壳聚糖基超滤膜是一种使用压力或浓度差分离物种的过滤器。壳聚糖基超滤膜可用于从原水中去除颗粒，从而生产清洁水。类似地，纳滤是一种壳聚糖基膜技术，利用纳米尺寸的孔测量分子通过膜的通道。

9.2. 透析

透析通过允许小溶质分子从高浓度溶液通过半透膜扩散到较低浓度来去除过量水、溶液和毒素。在实验室中，透析过程可用于根据大小分类分子。壳聚糖基膜用于实验室透析中的缓冲液交换和分子分离。这些膜具有不同的孔径，允许小分子如溶剂、离子和缓冲液通过，同时保留较大分子。这一性质使它们在生命科学应用中用于从复杂样品中去除小分子和蛋白质。

9.3. 反渗透

反渗透通过施加压力迫使纯溶剂通过半透膜来去除水中的溶解和悬浮杂质。在渗透中，溶剂分子自然地从高浓度流向低浓度通过膜，减少浓度差异并产生渗透压。反渗透施加外部压力以逆转这种流动，迫使溶剂分子从浓缩溶液流向更稀释的溶液。反渗透对于脱盐和通过去除盐和污染物净化饮用水特别有效。壳聚糖基膜正在探索用于此类应用，因其潜在好处。

9.4. 吸附

尽管物理或化学吸附，几种吸附剂可以吸收 logged solution 中的铁离子。通常，化学提取被认为是去除金属离子的标准方法，因其对重金属的强亲和力和高吸附容量。吸附剂表面的活性基团指定与重金属离子的 considerable interactions，导致在水介质中分离重金属。几种介导有 iron oxides、碳纳米管、氮化硼纳米片和多孔石墨烯的聚合物膜已用于吸附应用。壳聚糖基膜为废水处理提供高效且成本效益高的吸附技术，特别是对于金属提取。膜可以重复使用，并且金属回收是可能的。影响吸附的关键因素包括pH，它影响金属溶解和电离。连接到壳聚糖膜孔壁上的功能基团能够 specific contaminant removal，整合过滤和吸附以实现有效的水净化。

9.5. 尺寸排阻色谱

壳聚糖基膜色谱技术可以容易地与基于颗粒的色谱区分开来，其中溶质和基质之间的相互作用主要通过膜发生。壳聚糖和羧甲基壳聚糖膜已用作壳聚糖基膜色谱的基质。膜色谱，如壳聚糖/羧甲基壳聚糖膜，由于更短的循环时间和更高的流速，提供更快的分离过程，与传统的柱色谱相比。该技术对蛋白质分离有效，如溶菌酶和卵白蛋白，并且由于其可重复性、可重复使用性和高解吸效率，在生物分离中是有前途的。

10. 环境应用

壳聚糖基膜已成为从空气和水资源中去除各种有害材料的实用工具。当考虑这些膜时，化学混凝和絮凝效应已证明有助于废水澄清。壳聚糖基膜和生物聚合物是有效的吸附剂，用于从水中去除污染物如染料和金属化合物。用化学品修饰这些生物聚合物增强了它们的性质，使它们更适用于环境应用。生物复合材料，具有基质和填料组分，为水净化和可持续性提供额外好处。文献中有报道，其中生物聚合物已与各种材料结合，包括粘土、树胶、以及CuO和CuO/ZnO NPs。由于生物聚合物不仅限于去除重金属离子和染料，它们的使用扩展到广泛的污染物。壳聚糖基膜制备和环境应用的调查显示。表1提供了壳聚糖基膜制备和生态应用的全面研究。分析数据时，出现几种趋势和见解。电纺丝是最常用的制备方法，用于壳聚糖 oligomer-coated 电纺聚己内酯膜，拉伸强度范围从1.15到3.7 MPa。孔径是一个关键参数，报道值范围从66到1095 nm。废水处理是一个主要应用。壳聚糖通常用其他材料修饰，如NPs、聚合物和生物陶瓷。例如，将GO掺入壳聚糖膜，实现95–100%的透射率。将NPs、聚合物和生物陶瓷掺入壳聚糖基膜通常增强其性能。总体而言，文献调查突出了壳聚糖基膜对各种环境应用的多功能性和潜力。数据还强调了制备方法、膜参数和壳聚糖修饰在决定这些膜性能方面的重要性。

10.1. 空气和水净化系统

世界上的许多问题通常包括对清洁和新鲜饮用水的需求。近12亿人无法获得安全和新鲜的饮用水。同时，约26亿人很少或没有 access to sanitation，从而导致每年数百万人死亡。全球严格的工业化 consistently 导致水污染。这些工业废物主要包括有毒和不可生物降解的有机和无机污染物。在过去的二十年中，向生物提供清洁和安全的水一直是一个需要 promptly 解决的重大问题。因此，科学家们开发方法在将水排放到水体之前使其无害已成为优先事项。近年来，壳聚糖及其衍生物已被用于从水资源中消除重金属离子。已尝试通过制备壳聚糖水珠并将其应用于清洁水。

天然壳聚糖的特征在于脱乙酰度。其值必须在80%和85%之间才能使其溶于水性酸溶液。其结构中NH₂和OH基团的存在使得化学修饰和生产各种形式成为可能。壳聚糖的修饰反过来有助于 tailor-made materials 具有 specified applications 在吸附中，因此从水中分离金属离子、蛋白质和其他污染物。该聚合物上的活性基团对 various organic and inorganic water pollutants 具有高吸附潜力。壳聚糖已被加工成各种形式，包括珠、凝胶、膜、微球和薄膜，以评估其在 different impurities 存在下的活性。

膜分离技术在解决与水污染和稀缺相关的问题中发挥着关键作用。研究人员已应用壳聚糖膜在将 coloured industrial wastewater 排放到河流之前去除各种有机有色化合物。使用膜技术，一种通过膜去除废水的绿色方法，已被证明是一种成本效益高的过程。膜结构可以在其开发过程中以多种方式改变以调整其性质， mostly its elasticity、水渗透性、强度和表面结构。柔韧性可以通过在制备过程中添加表面活性剂获得。生物膜已发展出优异的水传输潜力。其中一些膜还可以在 wide range 内调节水渗透性。

10.2. 从水中去除重金属

壳聚糖基膜吸附是一种有前途的方法，用于从废水中去除重金属离子，因其低成本、优异吸附潜力和丰富的功能基团(-NH₂和-OH)，有效结合金属离子。这种方法克服了传统技术的局限性，如 inadequate reactivity、高成本和能源消耗。另一方面，它具有某些缺点，包括pH敏感性、较低的机械强度和较低的热稳定性，限制了其在废水处理中的应用。

壳聚糖可以通过交联和接枝进行修饰。壳聚糖可以与其他材料整合，如沸石、石墨烯、ZnO和TiO₂，以通过膜技术合成具有改善吸附性能的复合膜，用于消除不同的重金属离子。Pb(II)是一种高毒性金属，主要存在于污染水中；净化铅是一个具有挑战性的过程。为此，开发了壳聚糖/针铁矿纳米复合膜，用于从污染水中去除Pb(II)。这种成功的技术表明，制备的纳米球的去除效率高于天然壳聚糖，归因于其高孔隙率和增强的吸附能力。类似地，基于壳聚糖的纳米纤维膜使用PVA开发，用于选择性吸附Pb(II)和Cd(II)。类似地，地下水中的钨可以使用壳聚糖涂层粘土去除，该粘土将表面电荷从负变为正，允许其吸引和结合钨离子。随着金属离子占据生物吸附剂的位点，其净表面电荷减少，表明有效吸附。