塔拉膠/殼聚糖復合膜的制備及其對Pb2+吸附的應用研究

劉云鶴 關薦伊 高洪成 劉小東 吳效楠 李曉旋

（承德石油高等?？茖W校，河北 承德 067000）

隨著我國工業化程度逐漸提高，人民生活水平日益提高，由此產生的環境問題也日益嚴重，尤其是水環境污染的問題已成為目前全人類的重大挑戰。水污染中的重金屬離子是一種重要的且很難去除的污染物，不僅會對自然環境產生嚴重的危害，而且對人身健康也有巨大的危害，目前水體中重金屬污染物的有效去除已成為國家和社會關注的熱點。

重金屬的污染主要來源于礦山開采、冶金、電鍍等排放的廢水，以及排放廢水滲透擴散至地下水等引起的二次污染。典型重金屬離子污染主要有銅、鎘、鉛、汞等。重金屬種類和價態的不同引發的危害也不同，Pb2+在常見廢水中含量較高，Pb2+會嚴重損害人體的中樞神經系統的生理功能，而且對肝、腎、腦等的細胞活性也有嚴重損害。

重金屬污染常見的處理方法包括化學沉淀法、離子交換法、電化學法、吸附法和膜分離法等。化學沉淀法多用于重金屬污染濃度較高工業廢水，對重金屬離子含量較低的生活污水處理效果較差；離子交換法和電化學法雖然具有較高的處理效率，但成本相對較高。膜分離技術是以特殊膜材料作為介質，通過吸附、滲透等實現污染物的分離，具有操作簡單，分離效率高等優點。殼聚糖和塔拉膠作為天然生物高分子材料，具有綠色環保，成本較低，容易獲得等優點。利用其制備復合塔拉膠/殼聚糖膜用于重金屬離子的吸附分離具有較高實際意義。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑與儀器

試劑：殼聚糖，塔拉膠，無水乙醇，冰醋酸，鹽酸，戊二醛，硝酸銅均為分析純；蒸餾水。

儀器：恒溫磁力攪拌器，超聲波清洗器，離心機，分光光度計，電子分析天平，電熱鼓風干燥箱，高溫箱式電阻爐，集熱式恒溫磁力攪拌器。

1.2 塔拉膠/殼聚糖復合膜的制備

取一定量的殼聚糖，用稀醋酸溶解，配制成 5%～10%的殼聚糖醋酸溶液。另取一定量的塔拉膠，配制成 5%～20%的塔拉膠水溶液。分別量取一定體積的殼聚糖醋酸溶液和塔拉膠水溶液，在恒溫磁力攪拌器轉速為275 rpm攪拌下充分混合4 h。利用聚四氟乙烯模具將混合完全的殼聚糖-塔拉膠溶液澆筑成10 cm×5 cm的濕膜。待濕膜表面成型后加入無水乙醇，使復合膜充分交聯老化24 h，即得塔拉膠/殼聚糖復合膜。

1.3 塔拉膠/殼聚糖復合膜的Pb2+吸附實驗

配制100mL 90mg/L的Cu2+溶液于錐形瓶中，準確稱取制備的塔拉膠/殼聚糖復合膜0.10 g于上述錐形瓶中，并轉移至空氣浴搖床中，溫度控制在30 ℃，轉速設定為160 rpm/min，吸附時間為6 h；吸附完成后，取上層清液，用原子吸收分光光度計測定溶液中重金屬離子的濃度，并計算出塔拉膠/殼聚糖復合膜對Cu2+的單位吸附容量Q。

2 結果及討論

2.1 殼聚糖濃度對復合膜吸附性能的影響

殼聚糖濃度不同制備的復合膜對Pb2+的吸附性能影響較大。按體積比1：1的比例，將不同濃度的殼聚糖醋酸溶液與 10%的塔拉膠溶液混合澆筑制備復合膜。為當殼聚糖醋酸溶液濃度為 5%時，制備得到的復合膜對 Pb2+的吸附率最低，僅為72%。隨著殼聚糖濃度的升高，復合膜對Pb2+的吸附率逐漸升高，當濃度達到8%時，復合膜對Pb2+的吸附率最高，達到86%。為此，選擇殼聚糖的濃度為8%進行后續實驗的研究。

2.2 塔拉膠濃度對復合膜吸附性能的影響

接下來，按體積比1：1的比例，將不同濃度的塔拉膠溶液與8%的殼聚糖醋酸溶液混合澆筑制備復合膜。當塔拉膠溶液濃度為5%時，制備得到的復合膜對Pb2+的吸附率最低，僅為 81%。隨著殼聚糖濃度的升高，復合膜對 Pb2+的吸附率逐漸升高，當濃度達到15%時，復合膜對Pb2+的吸附率最高，達到91%。為此，選擇殼聚糖的濃度為8%進行后續實驗的研究。

3 結論

本論文以殼聚糖和塔拉膠為原料，利用共混澆筑的方式制備了塔拉膠/殼聚糖復合膜，通過研究不同殼聚糖濃度以及塔拉膠濃度考察了制備復合膜對Pb2+的吸附性能。結果表明，以8%的殼聚糖醋酸溶液和15%的塔拉膠水溶液制備的復合膜對Pb2+吸附效率最高，可達91%，在含Pb2+重金屬離子廢水的處理領域具有較高的潛在應用價值。