改性水溶性羧甲基殼聚糖對鉛的解吸行為研究

艾林芳，吳 輝，諶莉莎，熊金勇，汪玉清，王光輝

(1.江西省職業病防治研究院，江西南昌330006;2.南昌工學院，江西南昌330006;3.東華理工大學，江西南昌330006)

一般進入土壤中的重金屬在土壤中易與有機質結合，極不易溶解。通過添加螯合劑，借助螯合劑對重金屬的螯合作用可對土壤中的一些重金屬難溶鹽進行增溶，使其溶解度增大，有助于土壤中重金屬的解吸。該研究選用殼聚糖為主要基本原料，通過改性合成的羧甲基殼聚糖具有無毒、可生物降解及良好的水溶性，是優良的環境友好材料。筆者著重研究了改性后的水溶性羧甲基殼聚糖(WSCC)對鉛的增溶作用及鉛污染土壤的解吸行為。

1 材料和方法

1.1 試劑與儀器 碳酸鉛，硝酸鉛，硝酸鉀(均為分析純)，水溶性羧甲基殼聚糖。北京瑞利WFX-120型原子吸收分光光度計，上海安亭科學儀器廠TDL-40B離心機，江蘇榮華SHZ-82A恒溫振蕩儀。

1.2 試驗方法

1.2.1 鉛的增溶試驗。在150 ml錐形瓶中，分別加入25 ml一系列濃度的WSCC溶液，然后加入少量過量的碳酸鉛，在25℃和180 r/min條件下，振蕩24 h后，在4 000 r/min速度下離心30 min;取上層清液用原子吸收分光光度計進行鉛濃度的測定。

1.2.2 土壤中鉛的解吸試驗。

1.2.2.1 土壤及污染土樣的制備。試驗所用的土壤采自撫州市郊區，土壤經室溫風干后，剔去碎石、植物根、葉等雜物，磨碎過2 mm篩，其主要理化性質:沙粒(0.02～2.00 mm)含量32.6%、粉粒(0.002 ～ 0.020 mm)含量 23.8%、粘粒(＜0.002 mm)含量43.6%;有機質含量為4.91%;陽離子交換量(CEC)為17.49 cmol/kg;含水率 20.19%;pH 5.53(水土比 5∶1)。

通過對鉛的吸附試驗的研究，可以說明土壤中鉛的最大吸附量為17 mg/g。按最大吸附量配制污染土樣，將500 ml鉛濃度為6.8 g/L的硫酸鉛水溶液同200 g土壤混合均勻，污染土壤風干后，再過2 mm篩，穩定一周后待用。

1.2.2.2 鉛的解吸研究。稱取一系列0.1 g的制備土置于150 ml的錐形瓶中，分別加入25 ml 2 g/L WSCC溶液，于25℃下恒溫振蕩，按不同的時間間隔取樣，以4 000 r/min離心30 min，分離上清液，用原子吸收分光光度計測定上清液中鉛的濃度，同時研究pH、離子強度、有機質、WSCC溶液不同初始濃度對鉛的解吸影響。

2 結果與分析

2.1 WSCC對碳酸鉛的增溶作用 WSCC對碳酸鉛的增溶作用如圖1所示，WSCC對碳酸鉛的增溶效果明顯，碳酸鉛在溶液中的表觀溶解度隨WSCC濃度的增加而增加，當WSCC濃度為2 g/L時，溶液中的Pb2+的濃度可以達到近600 mg/L。這主要是由于WSCC分子上的氨基和羧基與Pb2+發生配位作用。

2.2 WSCC對污染土壤中鉛的解吸

2.2.1 pH對解吸的影響。圖2表明解吸率與pH成正比。Pb2+與WSCC發生配位作用，主要是通過殼聚糖分子中的羥基、胺基及其他活性基團對重金屬離子的螯合作用來進行的。pH較低時，殼聚糖鏈節上的-NH2結合了溶液中的H+形成，使-NH2基的配位能力下降，減弱殼聚糖與Pb2+的螯合作用，從而使吸附率降低［1］。pH升高時，殼聚糖中的-NH2游離出來，且Pb2+離子的螯合作用強于質子H+的絡合作用，因此吸附率增加。

2.2.2 離子強度對鉛解吸的影響。圖3是離子強度對鉛解吸的影響，WSCC對Pb2+解吸能力也與離子強度成正比。這是由于K+本身會與金屬離子競爭土壤表面的吸附位點［2］，KNO3電解產生的NO－3跟吸附位點上的鉛能生成可溶鹽，從而溶解到溶液中。此外，離子強度的增加還會增強WSCC上官能團的配位作用，從而增大其解吸能力。

2.2.3 有機質含量對解吸的影響。由圖4可知，隨著土壤中有機質含量逐漸升高，WSCC對鉛的解吸率逐漸降低。這是由于有機質本身具有較多的含氧官能團如羧基、酚基、羥基等，這些官能團的存在使得重金屬與有機質之間有很強的親和性從而形成配位作用［3］，由于土壤中有機質含量的增加，有機質對土壤中重金屬競爭配位作用的增強，從而導致WSCC對重金屬鉛解吸量的減少。

2.2.4 初始濃度對鉛解吸的影響。如圖5所示，隨著初始濃度的升高，土壤中Pb2+的解吸率越高。說明WSCC能與Pb2+較好地發生配位作用。

3 結論

WSCC對鉛的增溶結果表明，WSCC對不溶鹽碳酸鉛的增溶效果顯著，隨著WSCC的初始濃度增加，其對鉛的增溶能力進一步增加。當其濃度達到2 g/L時，水溶液中的Pb2+的濃度達到600 mg/L。

［1］艾林芳，王光輝，吳輝.水溶性羧甲基殼聚糖對Cd2+的解吸行為研究［J］.環境污染與防治，2012，34(3):22 －25，34.

［2］董長勛，潘根興，陸建虎，等.黃泥土微團聚體顆粒組對Cu2+的吸附與解吸研究［J］.生態環境，2006，15(5):988 －992.

［3］XU D，WANG X K，CHEN C L，et a1.Influence of Soil Humic Acid and Fulvic Acid on Sorption of Thorium(IV)on MX －80 Bentonite［J］.Radiochim Acta，2006，94:429 －434.