壳聚糖基吸附剂在工业废水处理中的应用

马洪宇，冯学彪，范俊杰，尹佳琦，毕韶丹

壳聚糖基吸附剂在工业废水处理中的应用

马洪宇，冯学彪，范俊杰，尹佳琦，毕韶丹

（沈阳理工大学 环境与化学工程学院，辽宁 沈阳 110159）

壳聚糖是来源丰富的天然高分子化合物，其分子上大量的氨基和羟基对重金属、有机物等都有很好的吸附作用。壳聚糖经改性或复合形成的壳聚糖基吸附剂，在机械强度、吸附性能等方面都有明显提高，在废水处理领域得到广泛的研究和应用。综述了壳聚糖基吸附剂在工业废水处理中的应用和成效。

壳聚糖基吸附剂；工业废水；吸附

随着我国工业的快速发展，工业产品的种类与数量日益增加，在改善人民生活、提高企业效益的同时，也产生了大量的各类工业废水，对水体的污染日趋广泛和严重，威胁着人类的健康和安全，因此工业废水处理已成为环境保护亟待解决的问题。目前处理工业废水的方法有生物处理法、膜分离法、吸附法、离子交换法等，吸附法以其设备简单、成本低、效率高、环境友好而被广泛应用[1]。本文介绍了壳聚糖基吸附剂的研究现状以及在工业废水处理中的应用。

1 壳聚糖基吸附剂

壳聚糖是由虾蟹壳等制得的天然高分子化合物，具有无毒、可降解、生物相容等优点，是一种理想的绿色水处理新材料，获得了广泛的关注和研究。壳聚糖由于本身的结构特点，在单独使用时有易酸溶、不稳定的缺点，使其推广和应用受到限制。目前常采用对壳聚糖进行改性和复合的方式改良其性能，得到的壳聚糖基吸附剂在机械强度、吸附能力、吸附选择性上都有很大提高，在工业废水处理中得到广泛的应用。

2 壳聚糖基吸附剂处理各种工业废水

2.1 处理重金属废水

壳聚糖基吸附剂对很多重金属离子都有吸附作用，且有较宽的离子浓度适用范围。卢文静等[2]制备了铜印迹交联壳聚糖微球，吸附水体中的Cu2+。结果表明，在25 ℃、pH=5.0，该微球对100 mg·L-1的铜溶液吸附24 h，吸附量可达到95.0 mg·g-1，吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温模型，是放热的自发过程。当Cd2+、Zn2+、Pb2+分别与Cu2+共存时，该微球对Cu2+的吸附选择系数均大于28.7，离子选择性极高；吸附剂经过5次循环使用后，对Cu2+的吸附率仍达到 96.8%，材料的重复利用性和稳定性好。罗道成等[3]制备了改性壳聚糖，用于吸附电镀废水中的Pb2+、Cu2+、Zn2+、Ni2+等重金属离子。结果表明，在25 ℃、pH=4时，浓度为30 mg·L-1的Cu2+、Pb2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+溶液，经改性壳聚糖处理2 h后，除去率均达97%以上。

2.2 处理印染废水

印染废水中含有大量的有机染料，色度高，碱度强，壳聚糖基吸附剂对具有酸性基团的染料分子都有很好的去除能力。陈思江等[4]用制备的壳聚 糖/Fe3O4吸附水体中的茜素红S。结果表明，在313 K、300 min内，吸附剂对茜素红S的最大吸附容量可达976.3 mg·g-1，过程属于单分子层的化学吸附，经过5次吸附和解吸循环后，吸附剂对茜素红S的吸附容量仍然可达416.2 mg·g-1。林丹等[5]合成了羧甲基纤维素/壳聚糖/丙烯酸吸附剂，用于对亚甲基蓝染料的吸附。结果表明，25 ℃、投加量0.05 g，对100 mL浓度为1 000 mg·L-1亚甲基蓝染料吸附4 h达到平衡，吸附量达1 628.57 mg·g-1，吸附行为符合Langmuir等温模型和准二级动力学模型。

2.3 处理含酚废水

含酚废水来源广、难降解、毒性大，近年很多研究表明，改性壳聚糖对酚有良好的吸附性能。唐泽恒等[6]制备了β-环糊精/磁性壳聚糖分子印迹复合吸附剂，用于去除水体中的双酚A。结果表明，在pH为6.0、质量浓度为200 mg·L-1、离子强度为20 mmol·L-1、吸附60 min时，该吸附剂的最大吸附量为62.8 mg·g-1。吸附行为符合准二级动力学模型和朗格缪尔等温模型。冷宝林等[7]制备了壳聚糖改性凹凸棒土吸附剂，用于处理废水中的苯酚。结果表明，30 ℃、pH = 6.5、吸附剂用量2 g·25 mL-1、苯酚初始浓度30 mg·L-1、吸附50 min时，废水中苯酚的去除率达89.0%，吸附符合Freundlich等温方程，为非均质的放热吸附过程。

2.4 处理放射性废水

水体中铀、钍等放射性污染对人体和环境非常有害。利用壳聚糖基吸附剂处理放射性废水的研究越来越多，取得了较好的效果。黎钊等[8]制备了交联壳聚糖/纳米铁复合膜，用于处理含铀废水。结果表明，298 K、pH=5时，复合膜对100 mg·L-1浓度U(Ⅵ)的饱和吸附量为208.8 mg·g-1。吸附符合朗格缪尔等温模型和拟二级动力学模型，是化学吸附为主的过程。黄志伟等[9]制备氨基化改性磁性壳聚糖树脂，用于吸附水体中的UO22+。结果表明，在25 ℃、pH 5.0时，树脂对UO22+的最大吸附容量达166.6 mg·g-1，吸附符合准二级动力学模型和 Langmuir 等温模型，吸附为吸热的自发过程。该树脂经吸附-脱附循环使用5次，吸附量可达原来的90.5%。

2.5 处理造纸废水

造纸废水中有机污染物含量高，碱度大，处理难度较高，新开发的壳聚糖基处理剂对其进行处理，效果较好。张万友等[10]制备了磁性Fe3O4/壳聚糖复合微球，探究了其对造纸废水 COD 去除率的影响。结果表明，在 pH=8、搅拌速度 120 r·min-1、微球投加量 6 mg·L-1、吸附8 h条件下，COD 去除率可达到 83.38%。程建华［11］合成了壳聚糖接枝丙烯酰胺材料，应用于造纸废水处理，对COD 的去除率达到52.0%，浊度去除率达到90%以上，且pH适用范围较广。

3 结束语

壳聚糖基吸附剂作为绿色的水处理新材料，在各类水处理中显示出优越的性能。壳聚糖基吸附剂不仅可自然降解，不带来二次污染，还克服了单独使用时的缺点，提高了对各种重金属离子、染料等污染物的吸附性能，具有可重复使用的优点。但是在很多方面还有待提高和改善，如增加吸附剂的选择性，以选择性吸附和分离目标污染物；增加磁性等可分离性功能，以实现动态吸附分离；调节固体表面特性，以提高吸附剂的吸附能力；加强动态吸附稳定性的研究，以尽快投入到实际生产当中等。相信随着对壳聚糖基吸附剂更加深入的研究，会开发出更多性能优良的新产品，有更加广阔的应用前景。

［1］贝利平，单宝田，唐洪杰，等. 壳聚糖的改性及其在重金属吸附方面的应用[J]. 海洋科学，2010，34（6）：100-103.

［2］卢文静，雷超，万俊力，等. Cu2+印迹交联壳聚糖微球制备及其对水中Cu2+的吸附研究[J]. 水处理技术，2018，44（6）：65-70.

［3］罗道成，易平贵，刘俊峰，等. 改性壳聚糖对电镀废水中重金属离子的吸附[J]. 材料保护，2002，35（1）：11-12.

［4］陈思江，龙凤侠，余沁金，等. 壳聚糖/Fe3O4的制备及对茜素红S吸附的研究[J]. 硅酸盐通报，2018，37（11）：3379-3385.

［5］林丹，赵斌，巩莉. 羧甲基纤维素/壳聚糖/丙烯酸水凝胶对亚甲基蓝染料吸附性能的研究[J]. 企业技术开发，2016，35（15）：174-176.

［6］唐泽恒．β-环糊精/磁性壳聚糖分子印迹复合材料去除水体中双酚A的研究［D］．长沙：湖南大学，2017.

［7］冷宝林，颉林，夏德强. CTS-ATP对含酚废水处理效果的研究[J].中国建材科技，2014（5）：81-83+86.

［8］黎钊，金解云，王云，等.三聚磷酸钠交联壳聚糖/纳米FeO复合膜对U(Ⅵ)的吸附特性[J].原子能科学技术，2017，51（9）：1564-1570.

［9］黄志伟，周利民，黄国林，等. 氨基化改性壳聚糖磁性树脂的原位制备及其对UO22+的吸附性能[J]. 高校化学工程学报，2016，30（3）：716-722.

［10］张万友，米天朋，庞香蕊，等. 磁性 Fe3O4/壳聚糖复合微球处理造纸废水实验研究[J]. 工业水处理，2014，34（06）：36-39.

［11］程建华. 壳聚糖接枝高分子絮凝剂制备及处理造纸废水研究[J]. 广东化工，2009，36（8）：146－152．

Application of Chitosan-based Adsorbents in Industrial Wastewater Treatment

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（School of Environment and Chemical Engineering, Shenyang Ligong University, Shenyang Liaoning 110159, China）

Chitosan is a natural polymer compound with abundant sources,and a large number of amino and hydroxyl groups on its molecules have good adsorption on heave metals,organic matter and so on.Chitosan-based adsorbents are formed by modifying or compounding chitosan,so their mechanical strengthandadsorption can been significantly improved,and chitosan-based adsorbents have been widely studied and applied in the area of wastewater treatment.In this paper,the application and effectiveness of chitosan-based adsorbents in industrial wastewater treatment were reviewed.

Chitosan-based adsorbents; Wastewater ; Adsorption

辽宁省大学生创新创业训练计划项目支持（项目编号：201810144054）。

2020-03-14

马洪宇（1998-），女，辽宁省葫芦岛市人。

毕韶丹（1968-），女，副教授，硕士，从事天然高分子材料研究。

X703.5

A

1004-0935（2020）07-0872-02