改性壳聚糖/贝壳粉复合物对含重金属废水的吸附作用研究

2019-12-26李宇彬胡力信袁嘉明

世界有色金属 2019年18期

李宇彬＊，胡力信，袁嘉明

（广东海洋大学化学与环境学院，广东湛江 524088）

近年来，我国工业迅速发展，然而大量工业废水无法妥善处理，导致大量未经处理含重金属废水排放到河流中，造成生态环境的逐步恶化。目前工业废水的处理方法：物理法[1]、生物处理法、化学法等。

我国每年能产生大量的废弃贝壳，造成环境污染，因此如何使废弃的贝壳“变废为宝”成为当今重点研究方向之一。贝壳粉可用于去除重金属、改善土壤性能、改善水体成分等。壳聚糖是甲壳素脱乙酰基后得到的产物，无毒、易生物降解，生物相容性好[2]。本实验利用贝壳废弃物，使其与改性壳聚糖结合形成改性壳聚糖/贝壳粉复合物，研究其对含重金属工业废水中金属离子进行吸附，通过改变初始浓度、pH、盐度、温度等条件得出吸附的最佳条件，提供了一种成本低、效果好的工业废水处理方法，为社会的进一步发展做出贡献。

1 实验部分

1.1 改性壳聚糖/贝壳粉复合物的制备

1.1.1 O-羧甲基壳聚糖的制备

取5g壳聚糖浸于50mL的异丙醇中使其溶胀1h，再加入10mLW=30%的NaOH后溶胀2.5h，在室温下于30min内分次加入6g氯乙酸，放置水浴锅中在35℃下搅拌反应4h[3]。结束后加入20mL蒸馏水，使用醋酸调节PH至7，调节PH后真空抽滤，抽滤后用甲醇及无水乙醇各洗涤两次，然后放在烘箱内60℃下烘干，即可制得O-羧甲基壳聚糖。

1.1.2 复合物的制备

将1g O-羧甲基壳聚糖在水浴40℃下溶于100mL体积分数为1%的醋酸，用1mol/L NaOH调节pH至7，随后产生絮凝状，加入1g贝壳粉，搅拌，抽滤后自然风干[4]，即得贝壳粉—改性壳聚糖复合物样品。

1.2 探索实验条件对材料吸附效果的影响

本实验设定含重金属离子初始浓度为120mg/L，溶液体积为100ml，贝壳粉-改性壳聚糖复合物投放量为0.5g，分别研究吸附溶液的浓度、吸附温度、吸附pH值、溶液盐度对材料吸附效果的影响。

2 结果与讨论

2.1 电镜结果分析

图1和图2分别是贝壳粉和改性壳聚糖/贝壳粉复合物的扫描电镜照片。从图1可知，贝壳粉结构为紧密分布结构，当加入与改性壳聚糖复合后，由于贝壳粉独特的性质使其具有亲和性，使不同颗粒产生团聚效果，颗粒间隙增大，增强吸附能力。

图1 贝壳粉5000倍扫描电镜图

图2 复合物5000倍扫描电镜图

2.2 复合物最佳制备比例的确定

贝壳粉和改性壳聚糖的复合比例设置如下：1：0、1：0.5、1：1、1：2、1：3。结果分析表明，贝壳粉和O-羧甲基壳聚糖复合比例为1：1时吸附效果最好，故制备方案为贝壳粉和O-羧甲基壳聚糖1：1复合制备新型复合物。

2.3 吸附溶液的浓度对贝壳粉和贝壳粉—改性壳聚糖吸附的影响

分别设定不同初始浓度的含重金属物质废水样品进行吸附实验，实验结果表明：在溶液初始浓度小于120mg/L时吸附量呈递增趋势，当溶液初始浓度大于120mg/L时，贝壳粉吸附达到饱和状态，吸附量达到12mg/g。

2.4 吸附温度对材料吸附的影响分析

吸附温度控制在15℃、25℃、35℃、45℃、55℃，实验结果表明：随着温度升高，吸附速率增加，但吸附量不会随着温度的变化而改变。

2.5 pH对材料吸附的影响分析

工业废水样品溶液pH调节至3、5、7、9、11。实验结果显示：溶液pH越大，溶液酸性或碱性越强，贝壳粉-改性壳聚糖复合物的吸附量随之减少。而复合物在中性条件时有利于吸附金属离子，因为在酸性或碱性条件会破坏了复合物结构，并使贝壳粉-改性壳聚糖复合物的吸附孔堵塞，造成吸附量下降。

2.6 溶液盐度对材料吸附的影响分析

投加NaCl调节溶液盐度为0%、1%、2%、3%、4%、5%，统计数据分析得出：当盐度在0%～5%范围内，贝壳粉和改性壳聚糖的复合物对金属离子的吸附量会随着盐度的增大而增大，表明一定盐度会促进复合物吸附工业废水中的有害物质。使吸附量增加的原因，可能是适当的盐会促进贝壳粉-改性壳聚糖复合物吸附孔孔径的扩张，从而达到促进吸附的效果。