殼聚糖—錳復合物吸附汞的動力學特性研究

張婭 陳鵬

摘要：本文研究了錳氧化物修飾殼聚糖吸附劑吸附水中汞離子的動力學特性。吸附動力學實驗結果表明：吸附在120分鐘可達到平衡，其吸附動力學更符合準二階動力學模型。

關鍵詞：殼聚糖；錳氧化物；汞；吸附

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）01-0246-02

一、前言

作為世界最大的汞生產、使用和排放國家，中國面臨著嚴峻的汞污染問題[1]。人若長期暴露于含汞環境中會對人體產生嚴重的危害，如呼吸障礙、胸悶，嚴重時會致癌[2]。因此，含汞廢水排放前必須進行有效處理。

吸附法是目前去除水體重金屬離子最常用的方法之一。常用的水體汞離子吸附劑包括活性炭[3]、鐵磁性材料[4]、聚合物[5]等。

殼聚糖包含氨基及羥基自由基，這些基團可以提供活性吸附部位[6]。而且，殼聚糖廉價易得且具有較好的吸附效果。因此，本文旨在制備一種錳氧化物修飾殼聚糖復合物吸附劑并考察其吸附汞離子的動力學特性。

二、實驗

1.實驗材料。化學試劑，如Hg（NO3）2·H2O、氯化錳等均購自滬試。所有試劑均為分析純或以上。實驗用水為超純水。

2.錳氧化物修飾殼聚糖的制備。稱量10g殼聚糖置于100mL，2.5mol/L的氯化錳溶液中，室溫下浸泡10h。然后將懸浮液轉移至6.0mol/L的氫氧化鈉溶液中，在室溫下反應10h以得到錳氧化物修飾殼聚糖復合物。所得樣品用超純水清洗數次后，在100℃的烘箱中烘干過夜。

3.吸附動力學實驗。將分析純Hg（NO3）2·H2O溶于1L二次蒸餾水中，制得1000mg/L的儲備液，密封并低溫存儲備用。實驗前將溶液稀釋至所需濃度。所有的吸附實驗都在室溫下進行。步驟：將20mg吸附劑置入100mL上述儲備液的稀釋溶液中。把裝有吸附劑和吸附質的錐形瓶置入空氣浴搖床中搖8h。在不同時間間隔內取上述吸附混合液5毫升，混合溶液經45μm的濾膜過濾，濾液中汞離子的濃度用原子熒光分光光度法測定（AFS-2202a，北京萬拓儀器有限公司）。

本實驗采用準一階和準二階動力學方程對吸附過程進行模擬。

準一階動力學方程：ln（qe-q）=lnqe-K1t （1）

準二階動力學方程：t/q=1/（K2qe2）+t/qe （2）

式中：q代表t時間內的汞吸附量；qe代表吸附平衡時的汞吸附量；K1和K2分別為準一階和準二階動力學方程的吸附速率常數。

三、結果與討論

圖1表示不同時間下，汞的吸附效率圖。從圖中可以看出：汞離子剛開始的吸附非常迅速，然后趨緩并在120分鐘左右達到吸附平衡。最大吸附容量相對應于19.5和48.6mg/L的初始汞濃度分別為36.0和54.7mg/g。

汞濃度：48.9mg/L（紅色圓圈），19.6mg/L（黑色方形）；吸附劑負荷：0.5g/L；pH=4；轉速：180rpm；溫度：25±1°C

根據圖1所得的吸附動力學曲線，我們對其進行了吸附動力學擬合，如圖2所示。圖2（A）和（B）分別表示準一階和準二階擬合。從圖中可以看出，動力學實驗數據用準一階方程擬合時，相關系數分別為0.821和0.984；而用準二階方程擬合的相關系數均超過99%。由此可見：實驗數據更符合準二階擬合。兩種擬合方式所得的動力學參數如表1所示。

（A）準一階；（B）準二階。吸附劑負荷：0.5g/L；pH=4；轉速：180rpm；溫度：25±1°C

除了對所得材料的吸附動力學進行研究之外，我們也考察了溶液酸堿度、吸附劑用量及反應溫度等條件改變對吸附過程的影響。在溶液pH為4時，汞的吸附效果最好，最近吸附劑用量為20毫克，室溫條件下的吸附性能最佳。

四、結論

本實驗所制備的錳氧化物修飾殼聚糖相具有較高的水體汞離子吸附性能。吸附在120min可達到平衡。其吸附動力學更符合準二階動力學模型。

參考文獻：

[1]F.Di Natale，A.Erto，A.Lancia，D.Musmarra，Mercury adsorption on granular activated carbon in aqueous solutions containing nitrates and chlorides[J].Journal of Hazardous Materials，2011，（15）：192.

[2]H.Y.Jeong，B.Klaue，J.D.Blum，K.F.Hayes，Sorption of Mercuric Ion by Synthetic Nanocrystalline Mackinawite （FeS）[J].Environmental Science & Technology，2007，（41）.

[3]J.Fang，Z.M.Gu，D.C.Gang，C.X.Liu，E.S.Ilton，B.L.Deng，Cr（VI）Removal from Aqueous Solution by Activated Carbon Coated with Quaternized Poly（4-vinylpyridine）[J].Environmental Science & Technology，2007，41（13）.

[4]A.P.Davis，V，Bhatnagar，Adsorption of Cadmium and Humic Acid onto Hematite[J].Chemosphere，1995，30（2）.

[5]M.V.B.Krishna，D.Karunasagar，S.V.Rao，J.Arunachalam，Preconcentration and speciation of inorganic and methyl mercury in waters using polyaniline and gold trap-CVAAS[J].Talanta，2005，（68）.

[6]Rodrigo S.Vieira，Marisa M.Beppu，Dynamic and static adsorption and desorption of Hg（II）ions on chitosan membranes and spheres[J].Water Research，2006，（40）.