壳聚糖吸附印染废水性能的研究

赵 奭

(唐山市规划建筑设计研究院环境工程所，河北 唐山 063000)

1 概述

印染废水是当今污染源之一，降低废水中有机物含量和色度已成为当今工业废水治理的一个特点[1,2]，印染废水具有色度大、有机物含量高、成分复杂、水质变化大、毒性大等特点[2]，目前该种废水的处理方法主要有物理处理法[3]、化学处理法[4]以及生物处理法[5]。

吸附法[6]是利用多孔性吸附剂与废水混合，或让废水通过由吸附剂组成的滤床，使有机分子吸附在其表面或被过滤出去。活性炭[7]、天然矿物[8]、壳聚糖[9]、树脂[10]等是目前常用的主要吸附剂。

壳聚糖制备原料为甲壳素，甲壳素的N-脱乙酰度高于55%的产物称为壳聚糖[11]。本文围绕壳聚糖吸附印染废水进行研究。以高岭土模拟悬浮颗粒物，以土壤作为高岭土的对照实验。

2 实验

2.1 药品与仪器

实验药品：普拉红B(分析纯)，上海佳英；冰醋酸(99.4%)(分析纯)，国药集团；NaOH(分析纯)，国药集团。壳聚糖脱乙酰度80%～95%，上海展云化工有限公司；高岭土，国药集团化学试剂有限公司。

实验仪器见表1。

表1 实验仪器列表

2.2 壳聚糖絮凝体的制备

壳聚糖结构中存在氨基，在酸性条件下将其质子化从而使壳聚糖溶解。再不断加入碱，搅拌均匀,得到壳聚糖絮凝体，对染料进行吸附。具体步骤如下：称取0.2 g壳聚糖于100 mL烧杯中，加入20 mL蒸馏水，0.6 mL乙酸使其完全溶解；再不断加入NaOH(20%)并搅拌均匀，直至pH计显示中性。

2.3 模拟染料废水的吸附性能的研究

量取50 mL,1 g/L普拉红B染料溶液于制备的絮凝体中进行搅拌，每隔15 min吸取上清液略多于2 mL进行离心，取离心后的上清液2 mL于50 mL的比色管中，加入蒸馏水至刻度线，测吸光度。记录数值直至吸光度不再发生变化，即吸附达到平衡，停止计时。

3 结果与讨论

3.1 吸附动力学研究

以1 g/L的普拉红B染料为模拟染料做吸附动力学模拟。本实验为了研究其机理，分别使用拟一级、拟二级动力学反应式对相关的实验数据进行拟合。

拟合参数见表2，拟合结果见图1,图2。

从结果可知，动力学方程为：

其中，k1,k2为准一级和准二级吸附反应速率常数，无量纲，单位分别为h-1和g/(mg·h)；qe为吸附达到平衡时的吸附量，mg/g；qt为t时刻的吸附量，mg/g；t为反应时间，h。

表2 动力学参数

由表2中壳聚糖与再生得到的壳聚糖的吸附动力学曲线的拟合参数可知，拟二级动力学模型计算所得的吸附容量和实验数值更加接近，且方程的相关系数R2值大于0.97。这说明拟二级动力学方程可以更准确地描述壳聚糖以及再生得到的壳聚糖对普拉红B的吸附过程，吸附符合二级动力学模型。

3.2 吸附热力学研究

本实验还进行了由吸附平衡数据绘制出壳聚糖的等温线。具体做法是用朗格缪尔反应式和弗里德里希反应式对其吸附等温线拟合。表3是具体的拟合参数。图3和图4为具体的拟合结果。吸附热力学方程的表达式分别为：

其中，qe为吸附达到平衡时的吸附量，mg/g；qm为理论饱和吸附量，mg/g；Ce为溶液在吸附平衡时的浓度，mg/L；KL为朗格缪尔常数，L/mg。

其中，qe为吸附达到平衡时的吸附量，mg/g；qm为理论饱和吸附量，mg/g；Ce为溶液在吸附平衡时的浓度，mg/L；KF为弗里德里

希常数，无量纲(与吸附强度相关)；n为弗里德里希指数(与吸附强度相关)。

表3 热力学参数

壳聚糖对普拉红B的吸附均符合Freundich吸附等温方程。计算可得的饱和吸附容量为264.8 mg/g。

4 结语

在常温下，pH=7.0，壳聚糖含量为0.2 g，壳聚糖以及再生得到的壳聚糖对普拉红B的吸附过程可用二级吸附动力学方程来描述，壳聚糖对普拉红B的吸附符合弗里德里希反应等温吸附模型，饱和吸附容量为264.8 mg/g。