改性殼聚糖/貝殼粉復(fù)合物對(duì)含重金屬?gòu)U水的吸附作用研究

李宇彬＊，胡力信，袁嘉明

（廣東海洋大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，廣東 湛江 524088）

近年來(lái)，我國(guó)工業(yè)迅速發(fā)展，然而大量工業(yè)廢水無(wú)法妥善處理，導(dǎo)致大量未經(jīng)處理含重金屬?gòu)U水排放到河流中，造成生態(tài)環(huán)境的逐步惡化。目前工業(yè)廢水的處理方法：物理法[1]、生物處理法、化學(xué)法等。

我國(guó)每年能產(chǎn)生大量的廢棄貝殼，造成環(huán)境污染，因此如何使廢棄的貝殼“變廢為寶”成為當(dāng)今重點(diǎn)研究方向之一。貝殼粉可用于去除重金屬、改善土壤性能、改善水體成分等。殼聚糖是甲殼素脫乙酰基后得到的產(chǎn)物，無(wú)毒、易生物降解，生物相容性好[2]。本實(shí)驗(yàn)利用貝殼廢棄物，使其與改性殼聚糖結(jié)合形成改性殼聚糖/貝殼粉復(fù)合物，研究其對(duì)含重金屬工業(yè)廢水中金屬離子進(jìn)行吸附，通過(guò)改變初始濃度、pH、鹽度、溫度等條件得出吸附的最佳條件，提供了一種成本低、效果好的工業(yè)廢水處理方法，為社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 改性殼聚糖/貝殼粉復(fù)合物的制備

1.1.1 O-羧甲基殼聚糖的制備

取5g殼聚糖浸于50mL的異丙醇中使其溶脹1h，再加入10mLW=30%的NaOH后溶脹2.5h，在室溫下于30min內(nèi)分次加入6g氯乙酸，放置水浴鍋中在35℃下攪拌反應(yīng)4h[3]。結(jié)束后加入20mL蒸餾水，使用醋酸調(diào)節(jié)PH至7，調(diào)節(jié)PH后真空抽濾，抽濾后用甲醇及無(wú)水乙醇各洗滌兩次，然后放在烘箱內(nèi)60℃下烘干，即可制得O-羧甲基殼聚糖。

1.1.2 復(fù)合物的制備

將1g O-羧甲基殼聚糖在水浴40℃下溶于100mL體積分?jǐn)?shù)為1%的醋酸，用1mol/L NaOH調(diào)節(jié)pH至7，隨后產(chǎn)生絮凝狀，加入1g貝殼粉，攪拌，抽濾后自然風(fēng)干[4]，即得貝殼粉—改性殼聚糖復(fù)合物樣品。

1.2 探索實(shí)驗(yàn)條件對(duì)材料吸附效果的影響

本實(shí)驗(yàn)設(shè)定含重金屬離子初始濃度為120mg/L，溶液體積為100ml，貝殼粉-改性殼聚糖復(fù)合物投放量為0.5g，分別研究吸附溶液的濃度、吸附溫度、吸附pH值、溶液鹽度對(duì)材料吸附效果的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 電鏡結(jié)果分析

圖1和圖2分別是貝殼粉和改性殼聚糖/貝殼粉復(fù)合物的掃描電鏡照片。從圖1可知，貝殼粉結(jié)構(gòu)為緊密分布結(jié)構(gòu)，當(dāng)加入與改性殼聚糖復(fù)合后，由于貝殼粉獨(dú)特的性質(zhì)使其具有親和性，使不同顆粒產(chǎn)生團(tuán)聚效果，顆粒間隙增大，增強(qiáng)吸附能力。

圖1 貝殼粉5000倍掃描電鏡圖

圖2 復(fù)合物5000倍掃描電鏡圖

2.2 復(fù)合物最佳制備比例的確定

貝殼粉和改性殼聚糖的復(fù)合比例設(shè)置如下：1：0、1：0.5、1：1、1：2、1：3。結(jié)果分析表明，貝殼粉和O-羧甲基殼聚糖復(fù)合比例為1：1時(shí)吸附效果最好，故制備方案為貝殼粉和O-羧甲基殼聚糖1：1復(fù)合制備新型復(fù)合物。

2.3 吸附溶液的濃度對(duì)貝殼粉和貝殼粉—改性殼聚糖吸附的影響

分別設(shè)定不同初始濃度的含重金屬物質(zhì)廢水樣品進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在溶液初始濃度小于120mg/L時(shí)吸附量呈遞增趨勢(shì)，當(dāng)溶液初始濃度大于120mg/L時(shí)，貝殼粉吸附達(dá)到飽和狀態(tài)，吸附量達(dá)到12mg/g。

2.4 吸附溫度對(duì)材料吸附的影響分析

吸附溫度控制在15℃、25℃、35℃、45℃、55℃，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著溫度升高，吸附速率增加，但吸附量不會(huì)隨著溫度的變化而改變。

2.5 pH對(duì)材料吸附的影響分析

工業(yè)廢水樣品溶液pH調(diào)節(jié)至3、5、7、9、11。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：溶液pH越大，溶液酸性或堿性越強(qiáng)，貝殼粉-改性殼聚糖復(fù)合物的吸附量隨之減少。而復(fù)合物在中性條件時(shí)有利于吸附金屬離子，因?yàn)樵谒嵝曰驂A性條件會(huì)破壞了復(fù)合物結(jié)構(gòu)，并使貝殼粉-改性殼聚糖復(fù)合物的吸附孔堵塞，造成吸附量下降。

2.6 溶液鹽度對(duì)材料吸附的影響分析

投加NaCl調(diào)節(jié)溶液鹽度為0%、1%、2%、3%、4%、5%，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析得出：當(dāng)鹽度在0%～5%范圍內(nèi)，貝殼粉和改性殼聚糖的復(fù)合物對(duì)金屬離子的吸附量會(huì)隨著鹽度的增大而增大，表明一定鹽度會(huì)促進(jìn)復(fù)合物吸附工業(yè)廢水中的有害物質(zhì)。使吸附量增加的原因，可能是適當(dāng)?shù)柠}會(huì)促進(jìn)貝殼粉-改性殼聚糖復(fù)合物吸附孔孔徑的擴(kuò)張，從而達(dá)到促進(jìn)吸附的效果。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)制備新型改性殼聚糖/貝殼粉復(fù)合物，研究其吸附工業(yè)廢水中的重金屬物質(zhì)的效果，結(jié)果表明該新型復(fù)合物具有很好的吸附能力，本方法具有原料易得、制備工藝簡(jiǎn)單、整體制備、使用成本低等優(yōu)點(diǎn)，為我國(guó)工業(yè)廢水的處理提供一種可操作性的方法。