弗劳恩霍夫界面工程和生物技术研究所IGB的研究人员开发了一种生物基功能化絮凝剂，可有效处理复杂废水。此外，壳聚糖基质中的漆酶可以去除水中的有毒酚。功能化可降解絮凝剂LaChiPur将于2024年5月13日至17日在慕尼黑举行的IFAT上首次亮相。

通过絮凝，在废水净化和水处理过程中去除最细小的固体杂质。絮凝剂使悬浮固体凝聚成较大的絮凝物，这些絮凝物沉到底部或可以被过滤——水再次变得清澈。

无机金属盐，例如铁或铝的硫酸盐和氯化物，经常用于去除饮用水处理中的腐殖质、处理造纸过程中的工艺水或在城市废水处理厂中沉淀磷。在某些情况下，还包括聚合物絮凝剂，即由化石资源制成的合成聚合物。

传统方法的明显缺点是：由于添加了化学物质或聚合物，产生的污泥无法重复利用，必须花费高昂的费用进行处理。

这就是弗劳恩霍夫界面工程和生物技术研究所IGB的研究人员转向天然且完全可生物降解的壳聚糖的原因。这是从可再生的甲壳素中获得的，甲壳素是甲壳类动物的壳、昆虫的甲壳和皮肤以及真菌中的结构成分，使甲壳素成为地球上最常见的天然聚合物之一，仅次于植物纤维素。

采用天然生物基原材料的新技术

基于壳聚糖的水处理化学品已可用于净化游泳池和池塘。然而，弗劳恩霍夫研究人员正在进一步采用这种方法，用漆酶对壳聚糖进行额外的功能化。这种酶存在于多种植物、真菌和细菌中。

在自然界中，漆酶参与连接芳香族单体形成木质素及其去除。由于它们具有氧化酚和其他酚类物质的能力，无论是去除果汁中的有毒酚、纺织废水的脱色还是去除水和土壤中的污染物，它们在各种工业应用中都有很高的需求。

“我们的想法是，漆酶(与壳聚糖结合作为基质)也适用于复杂的废水，例如葡萄酒或橄榄油生产过程中产生的废水，”弗劳恩霍夫IGB的研究包括纯化从各种废物流中提取甲壳素，然后将其转化为壳聚糖。

葡萄收获后，当三到四倍于正常量的废水到达农村葡萄种植区以小型废水处理厂为主时，市政废水处理厂很快就达到了极限。

“废水中的酚类物质对曝气池中的细菌具有毒性作用。因此，必须增加曝气量，这大大提高了废水处理厂的能源需求，”水管理专家马克·贝克特(MarcBeckett)说道以及IGB的水处理。

在橄榄油厂中，洗涤和榨油产生的废水通常储存在大型收集池中，水随着时间的推移会蒸发，留下对动植物有毒的污泥。

这个想法变成了一个为期两年的弗劳恩霍夫研究项目。IGB团队与波茨坦弗劳恩霍夫应用聚合物研究所IAP合作，后者致力于漆酶对壳聚糖的功能化。

为了能够使用真实废水测试漆酶功能化的壳聚糖的效果，IGB的研究人员首先建立了相应的方法和分析。“挑战之一是将聚合壳聚糖放入溶液中，使其能够作为絮凝剂给药，并发挥其结合多酚和单宁的作用，”哈恩回忆道。

“由于微酸性环境对于漆酶来说是理想的，因此我们立即在葡萄酒或橄榄油生产的典型废水中取得了非常有希望的结果，”化学家说。

酚类物质也被去除

“我们的技术实现了复杂农业工业废水的絮凝性能，与传统使用的含有金属盐的混凝剂或合成聚合物絮凝剂的絮凝性能相当。然而，我们称之为功能化产品的LaChiPur是完全生物基的，因此可生物降解，”总结道贝克特，生物学家和环境科学家。

事实证明，与漆酶的组合对于这种废水来说是一个真正的优势，因为功能化的壳聚糖可以用作絮凝剂，同时氧化和聚合酚类。

本地化生产、多样化应用

新环保技术的其他优点：原材料甲壳素是在当地作为食品或生物技术行业的废物大量生产的。这确保了经济生产和供应安全，而无需依赖相互交织的国际供应链。如果絮凝后产生的可降解污泥在污水处理厂发酵，甚至可以显着提高沼气产量。

“凭借我们的跨学科专业知识，我们现在可以在实验室中检查工业公司产生的废水和工艺用水，了解经过LaChiPur处理的水是如何净化的，”Hahn和Beckett说道。

基于初步的有希望的结果，研究人员还希望与销售或制造絮凝剂的中小型公司进一步优化他们的技术，将其转移到更大的规模并进入工业应用。

“LaChiPur此外还适合作为过滤材料，并具有沉淀剂的特性。我们还寻求进一步开发用于磷沉淀的产品。由于其特性，它也可用于净化纺织废水或用于饮用水水处理”，IGB科学家对此深信不疑。

2024年5月13日至17日，他们将在慕尼黑IFATB2厅338号展位的弗劳恩霍夫水系统联盟(SysWasser)联合展位上展示LaChiPur。

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