殼聚糖與海藻酸鈉復合絮凝劑的效果研究

張 婧

（武漢職業技術學院生物工程學院，湖北武漢 430000）

殼聚糖與海藻酸鈉復合絮凝劑的效果研究

張 婧

（武漢職業技術學院生物工程學院，湖北武漢 430000）

研究了殼聚糖與海藻酸鈉復合后的絮凝特征。實驗結果表明，殼聚糖與海藻酸鈉制備的復合絮凝劑絮凝效果好，復合比例在1∶1的情況下，絮凝效果為最佳，有明顯的脫色作用。用殼聚糖與海藻酸鈉復合絮凝劑的作用效果受pH值影響，不同pH值下，脫色效果都是隨著復合絮凝劑投加量的增多而提高，但超過一定用量后，脫色效果反而下降，同時在偏酸性條件下，脫色效果最好。復合絮凝劑具有除濁、脫色效果好，投藥量低，在達到良好除濁效果的同時還能去除一定的銅離子和鉻離子，并且有一定的COD去除率。

殼聚糖；海藻酸鈉；脫色

殼聚糖作為一種天然的弱陽離子絮凝劑，分子中含有大量的氨基、羥基，性質較活潑，可修飾、活化和偶聯，所以殼聚糖及其衍生物具備了絮凝劑和吸附劑的特性，對水體中的帶負電荷的有機、無機微粒具有較好吸附作用。海藻酸鈉是一種典型的陰離子多糖，其陰離子活性，主要來自分子中含有的羧基。海藻酸作為一種多糖絮凝劑，用于水處理已有50a的歷史，由于其成本低、無毒副作用、脫水性能好。本文通過將將殼聚糖與海藻酸鈉兩個大分子電解質復合，形成聚合物，增加其架橋和網捕作用，提高絮凝效果。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

主要試劑：殼聚糖（浙江玉環海洋生物化學有限公司，脫乙酰度為92%），海藻酸鈉（上海化學試劑公司），活性紅染料，硅藻土，鹽酸，乙酸，氫氧化鈉，磷酸，氯化鈉均為市購分析純試劑。

主要儀器：DELTA 320 pH計，RC-6溶出度測試儀，UV-9100紫外分光光度儀，TAS-990原子吸收分光光度計。

1.2 絮凝劑的制備

取一定量的海藻酸鈉、殼聚糖，分別加入一定量的醋酸（1%）溶液，分別配成海藻酸鈉溶液和殼聚糖溶液。靜置過夜，然后在攪拌下向殼聚糖溶液中加入等體積的海藻酸鈉溶液，持續攪拌3 h。再向混合溶液中加入丙酮，沉淀析出。用蒸餾水將所得到的產物洗滌數次至中性，冷凍干燥，即得復合絮凝劑。

1.3 絮凝實驗

以硅藻土配成500mg/L的模擬水樣，調至一定pH值，根據復合絮凝劑比例的不同，進行了多次絮凝實驗，將復合絮凝劑投入到100mL模擬廢水中，快速（180r/min）攪拌2min，再慢速（60r/min）攪拌10min，靜置60min后，取上清液測定剩余濁度。

1.4 脫色實驗

用活性紅染料配置成200mg/L的模擬印染廢水，將復合絮凝劑投入到100mL模擬廢水中，快速（180r/min）攪拌2min，再慢速（60r/min）攪拌10min，靜置60min后，取上清液測定吸光度。

用可見分光光度計測定染料溶液的吸收光譜曲線，活性紅的最大吸收波長為543nm，在最大吸收波長處，經文獻介紹，吸光度的值和染料溶液質量濃度成線性關系，用測定吸光度法可以確定染料溶液中染料質量濃度。因此脫色率計算式為R=（1-C/C0）×100%

式中，R為染料溶液的脫色率，C為染料溶液脫色后的吸光度，C0為染料溶液脫色前的吸光度。

2 結果與討論

2.1 殼聚糖與海藻酸鈉復合比例對廢水處理效果的影響

將海藻酸鈉和殼聚糖分別配置成2g/L、4g/L、6g/L這三種濃度的溶液，按照復合絮凝劑的制備方法，得到不同復合比例的絮凝劑，海藻酸鈉所占比例分別為0、25%、50%、75%、100%，得到的復合絮凝劑，稱取一定量的絮凝劑，使其濃度為40mg/L，對模擬廢水進行絮凝實驗，得到濁度去除率（見表1）。

表1 不同復合比例對廢水處理效果的影響

由表1看出，海藻酸鈉和殼聚糖單獨進行絮凝實驗時，二者都有一定的除濁效果，但除濁效果很一般，幾乎沒有脫色效果，當海藻酸鈉比例的有所增加時，除濁、脫色效果有所提高，當海藻酸鈉和殼聚糖的比例達到1∶1時，除濁和脫色的效果最好，隨著海藻酸鈉比例繼續提高，除濁和脫色效果反而下降，這是由于殼聚糖和海藻酸鈉單獨都有吸附作用，可以去除濁度，但無法脫色，當二者以1∶1的比例存在時，吸附中心變多，吸附效果增強，而且正負電荷相互抵消，沉淀的析出效果好，分子鏈增長，網捕作用增強，因此除濁和脫色效果最好。

2.2 投加量對脫色效果的影響

調節模擬廢水的pH值為3、5、7、9，絮凝劑的投加量從2mg上升到10mg，考察模擬廢水中絮凝劑的投加量與脫色效果的關系，結果見表2。

表2 絮凝劑投加量與脫色效果的關系 %

由表2可知，在不同pH值下，脫色效果都是隨著復合絮凝劑投加量的增多而提高，但超過一定用量后，脫色效果反而下降，原因是隨著絮凝劑用量的增多，體系溶液黏度增加，絮凝顆粒不易沉降，穩定性增加，出現穩定的“反膠”現象，脫色效果變差。觀察表2發現，pH值在3~7時，當投加量為4mg時，脫色效果最好，可高達98%，在堿性條件下，絮凝劑的最佳用量變大，這是由于在酸性條件下，殼聚糖與海藻酸鈉形成的復合絮凝劑，靜電吸引作用強，與膠體粒子作用力強，有利于絮體沉降。但當待處理溶液的pH值增大，溶液處于堿性狀態下，復合絮凝劑的溶解能力下降，架橋作用減弱，絮凝脫色主要是依靠網捕作用，因此最佳投加量增加，同時脫色能力也相對減弱。

2.3 復合絮凝劑對COD的去除效果

在弱酸性條件下（pH=5.0），溶液中Cu2+含量和Cr6+含量為20mg/L，向100mL模擬廢水中投加復合絮凝劑的量從0.25g/ L增加至1.5g/L時，考查復合絮凝劑對銅離子和鉻離子以及COD的去除率（見表3）。

表3 復合絮凝劑投加量對金屬離子和COD的作用

由表3可知，隨著復合絮凝劑投加量的增加，對銅離子和鉻離子的去除率有升高的趨勢，但COD的去除效果不明顯，同時隨著投加劑量的增加，去除率變化不大。

2.4 復合絮凝劑對金屬離子的去除作用

在弱酸性條件下（pH=5.0），殼聚糖與海藻酸鈉復合絮凝劑投加量為1g/L時，溶液中Cu2+含量和Cr6+含量從20mg/L增加到100mg/L，快速（180r/min）攪拌2min，再慢速（60r/ min）攪拌10min，靜置60min。考查復合絮凝劑對銅離子和鉻（Ⅵ）離子的去除效果。

表4 復合絮凝劑對銅離子和鉻離子的作用效果

由表4看出，在復合絮凝劑投加量一定的情況下，銅離子和鉻離子的去除率在低濃度的情況下，去除率較高，但隨著離子濃度的增加，金屬離子的去除率反而下降，由于復合絮凝劑的吸附活性點和功能官能團對金屬有一定的螯合作用和吸附性，但隨著離子濃度的升高，復配絮凝劑對金屬離子的作用迅速達到飽和，因此隨著離子濃度的增加，去除率反而呈下降趨勢。

3 結論

殼聚糖和海藻酸鈉都有一定的絮凝作用，單獨作用時都有一定的除濁效果，但脫色效果甚微，幾乎不能脫色，但是將殼聚糖與海藻酸鈉復合，制備的復合絮凝劑作用效果好，復合比例在1∶1的情況下，絮凝效果為最佳，有明顯的脫色作用。用殼聚糖與海藻酸鈉復合絮凝劑的作用效果受pH值影響，不同pH值下，脫色效果都是隨著復合絮凝劑投加量的增多而提高，但超過一定用量后，脫色效果反而下降，同時在偏酸性條件下，脫色效果最好，偏堿性情況下，脫色效果減弱。復合絮凝劑具有除濁、脫色效果好，投藥量低，在達到良好的除濁作用效果的同時還能去除一定的銅離子和鉻離子，并且有一定的COD去除率。

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Study on the Effect of Chitosan and Sodium Alginate Composite Flocculant

Zhang Jing

The Flocculation Characteristics of chitosan and sodium alginate were studied in this paper.The experimental results show that the composite fl occulant prepared by chitosan and sodium alginate has good fl occulation effect，and the fl occulation effect is the best when the ratio is 1：1.Effect of chitosan and sodium alginate composite fl occulant is affected by the pH value，pH value，the decolorization effect are increased with the increased amount of composite flocculant，but more than a certain amount，the decolorization effect decreased，while in acidic conditions，the decolorization effect is the best.The compound flocculant has good effect of removing turbidity and decoloring，and low dosage.It can also remove some copper ions and chromium ions in the removal of turbidity，and has a certain COD removal eff i ciency.

chitosan；sodium alginate；decolorization

X791

B

1003–6490（2017）03–0125–02

2017–03–17

湖北省教育廳科學技術研究項目指導性項目（B類項目）（2015SK009）。

張婧（1981—），女，陜西漢中人，講師，主要研究方向為生物制藥。