殼聚糖-納米二氧化鈦微球處理染料廢水的研究

童旻敏

（長(zhǎng)沙長(zhǎng)郡中學(xué)，湖南長(zhǎng)沙 410023）

殼聚糖-納米二氧化鈦微球處理染料廢水的研究

童旻敏

（長(zhǎng)沙長(zhǎng)郡中學(xué)，湖南長(zhǎng)沙 410023）

以殼聚糖－納米二氧化鈦微球?yàn)樾跄齽┨幚砣玖蠌U水，研究了其對(duì)染料廢水的脫色性能和COD的去除率。初步考察了p H值、殼聚糖－納米二氧化鈦微球?qū)γ撋Ч挠绊懀容^了殼聚糖與殼聚糖－二氧化鈦微球處理艷藍(lán)染料廢水的數(shù)據(jù)，殼聚糖－納米TiO2的脫色效果和COD的去除率明顯優(yōu)于殼聚糖，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明用殼聚糖－納米TiO2是處理難降解染料廢水的有效方法。

殼聚糖－納米二氧化鈦微球；染料廢水；脫色性能

染料廢水是一種色度高、有機(jī)污染物含量高且組分復(fù)雜、化學(xué)需氧量（COD）和生物需氧量（BOD）高的廢水，其水質(zhì)變動(dòng)范圍大。染料廢水的脫色一直是困擾人們的一大難題，染料廢水的色度是由殘留在水中的染料所造成的，染料大致可分為水溶性和非水溶性兩大類[1]，水溶性染料一般為難降解的有機(jī)化合物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)使許多氧化劑對(duì)其無(wú)效，也使常規(guī)活性污泥中的細(xì)菌無(wú)法吞噬破壞，以致造成了污水脫色的困難。近年來(lái)對(duì)無(wú)毒的天然高分子絮凝劑的開(kāi)發(fā)應(yīng)用越來(lái)越受到人們重視，殼聚糖是一種天然高分子絮凝劑，廣泛存在于自然界中，殼聚糖具有良好的絮凝作用，與傳統(tǒng)的化學(xué)絮凝劑相比較具有投加量少、沉降快、去除效率高、污泥易處理、無(wú)二次污染等特點(diǎn)，在廢水處理方面具有廣闊的應(yīng)用前景，但是單一的殼聚糖處理染料廢水的效果并不特別理想，且殼聚糖只溶于酸性水溶液且易水解[2-4]。課外創(chuàng)新試驗(yàn)中將殼聚糖與二氧化鈦復(fù)合制備殼聚糖－二氧化鈦微球處理染料廢水，通過(guò)比較殼聚糖與殼聚糖－二氧化鈦微球處理模擬艷藍(lán)染料廢水的數(shù)據(jù)，為工業(yè)規(guī)模化處理艷藍(lán)染料廢水或其他染料廢水提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑與儀器

殼聚糖，脫乙酰度＞90%；活性艷藍(lán)，KN-R；戊二醛，50%；乙酸，分析純；NaOH，分析純；鈦酸丁酯，分析純。

EL-32K電子天平：上海上天精密儀器有限公司；UV-1200紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：上海美譜達(dá)儀器有限公司；JP-C100B超聲波振蕩器：北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司。

1.2 模擬廢水的配制

準(zhǔn)確稱取一定量的艷藍(lán)溶于1 L的容量瓶中，定容至刻度，搖勻，配制好濃度為60 mg／L的艷藍(lán)溶液即為模擬廢水。

1.3 殼聚糖-納米二氧化鈦微球的制備

取40 ml 0.0125 g／L的殼聚糖乙酸溶液于燒杯中，將其放入超聲振蕩器中，用兩支干燥潔凈的膠頭滴管吸取8ml 50%的戊二醛做交聯(lián)劑和8 ml的鈦酸丁酯同時(shí)逐滴加入到殼聚糖乙酸溶液中，并不斷攪拌。將其超聲5 min后取出，然后加入0.4 mol／L的氫氧化鈉調(diào)到p H等于7，進(jìn)行抽濾，將所得濾餅經(jīng)洗滌后于40℃下干燥，取出則得到殼聚糖－納米二氧化鈦微球。

1.4 殼聚糖-納米二氧化鈦微球脫色實(shí)驗(yàn)

取上述模擬染料廢水，在廢水中加入一定量的殼聚糖－納米二氧化鈦微球，控制溶液p H值，置于超聲振蕩器中進(jìn)行室溫超聲降解反應(yīng)，攪拌一定時(shí)間后，靜置，過(guò)濾溶液，測(cè)定吸收曲線及其吸光度并計(jì)算脫色率R。

脫色率計(jì)算公式：

脫色率R＝（1－A／A）×100%

式中：A——處理后的吸光度

A——處理前的吸光度

同時(shí)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析方法（GB 11914－89）測(cè)定樣品化學(xué)需氧量（COD）的去除率以評(píng)價(jià)殼聚糖－納米二氧化鈦微球處理染料廢水的性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 p H值對(duì)脫色率的影響

取20 ml初始濃度為60 mg／L艷藍(lán)溶液，加入適量殼聚糖－納米二氧化鈦微球，改變?nèi)芤簆 H值，測(cè)定脫色率，結(jié)果如表1，p H值對(duì)脫色效果有較大的影響，實(shí)驗(yàn)中必須控制合適的p H范圍，脫色率在p H<7時(shí)隨著p H的升高而增大，當(dāng)p H為7時(shí)脫色率最大為97.20%，再增大時(shí)脫色率迅速降低，故本實(shí)驗(yàn)最佳選用p H為7。

2.2 殼聚糖-納米TiO2投加量對(duì)脫色率的影響

取20 ml初始濃度為60 mg／L艷藍(lán)溶液，改變殼聚糖－納米二氧化鈦微球的加入量，測(cè)定其脫色率，結(jié)果如表2，從結(jié)果看脫色率隨著殼聚糖－納米二氧化鈦微球投加量的增加先是升高，當(dāng)投加質(zhì)量濃度為350 mg／L時(shí)脫色率達(dá)到最高值而后開(kāi)始下降，這說(shuō)明當(dāng)投加量太少時(shí)，染料分子與殼聚糖－納米二氧化鈦微球沒(méi)有充分的反應(yīng)使脫色率降低，當(dāng)殼聚糖－納米二氧化鈦微球量太多時(shí)，由于陽(yáng)離子型絮凝劑分子之間存在著斥力，因此會(huì)使沉降時(shí)間，延長(zhǎng)脫色時(shí)間，影響脫色效果，故本實(shí)驗(yàn)最佳殼聚糖－納米二氧化鈦微球投加質(zhì)量濃度為350 mg／L。

表1 p H值對(duì)殼聚糖－納米二氧化鈦微球處理艷藍(lán)溶液的影響

表2 殼聚糖－納米二氧化鈦微球投加量對(duì)脫色率的影響

2.3 殼聚糖與殼聚糖-納米TiO2脫色效果比較

取20 ml初始濃度為60 mg／L艷藍(lán)溶液，按本文1.4方法進(jìn)行脫色實(shí)驗(yàn)，測(cè)定其脫色率，比較殼聚糖與殼聚糖－納米TiO2脫色效果，結(jié)果如表3，從表3可以看出，殼聚糖－納米TiO2的脫色效果明顯優(yōu)于殼聚糖。

表3 殼聚糖與殼聚糖－納米TiO2脫色效果對(duì)比

2.4 殼聚糖與殼聚糖-納米TiO2對(duì)COD去除效果的比較

取20ml初始濃度為60mg／L艷藍(lán)溶液，按本文1.4方法進(jìn)行脫色處理，測(cè)定殼聚糖與殼聚糖－納米TiO2在處理廢水前后的COD，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 殼聚糖與殼聚糖－納米TiO2對(duì)COD去除效果對(duì)比

從表4可以看出，殼聚糖－納米TiO2的COD去除率明顯高于殼聚糖，因此用殼聚糖－納米TiO2是處理難降解染料廢水的有效方法。

3 結(jié) 論

1）殼聚糖－納米TiO2處理染料廢水的最佳p H值為7，最佳投加量為350 mg／L，在最佳工藝條件下，殼聚糖－納米TiO2的脫色率可達(dá)96.2%，COD去除率可達(dá)96.75%；

2）通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，殼聚糖－納米TiO2的脫色效果明顯優(yōu)于殼聚糖，殼聚糖－納米TiO2的COD去除率明顯高于殼聚糖，因此用殼聚糖－納米TiO2是處理難降解染料廢水的有效方法。

[1]華登峰.殼聚糖、硫酸鋁、聚鋁對(duì)印染廢水脫色處理的對(duì)比[J].青島大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，19（3）：23－29.

[2]Liu C G，Desai K G H，Chen X G，et al.Linolenic acid-modified chitosan for formation of self-assembled nanoparticles[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2005，53（2）：437－441.

[3]姜聚慧.TiO2光催化降解活性艷蘭KN-R的研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010，33（5）：46－50.

[4]田秀蘭.納米二氧化鈦的合成及其在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用[J].節(jié)能與環(huán)保，2006（8）：81～82.

Study on the Dye Wastewater Treatment of Chitosan-Nano-TiO2Microsphere

Tong Min-min
（Changjun Middle School of Changsha，Changsha Hunan 410023，China）

Using chitosan-nano-TiO2microsphere as flocculants，the decolorization of dyes wastewater and the removal rate of chemical oxygen demand（COD）have been studied.The influencing factors that affect the decolorization performance，such as the p H，chitosan-nano-TiO2microsphere，etc are investigated.Compared by the data of treating brilliant blue KN-R dye wastewater with chitosan and chitosan-nano-TiO2microsphere respectively，the results show that chitosan-TiO2composite chitosan flocculant has a more higher decolorization rate and COD removal than a single brilliant chitosan，the results of the experiment show that it is an effective method to treat refractory dye wastewater with chitosan-nano-TiO2.

chitosan-nano-TiO2microsphere；dye wastewater；decolorization performance

TQ113.29

B

1003-6490（2015）03-0060-02

2015－03－10

童旻敏（1998－10），女，漢族，湖南省株洲市人，長(zhǎng)沙長(zhǎng)郡中學(xué)學(xué)生，2014年暑假參加學(xué)校創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)成果。電郵705239805＠qq.com