高分子复合物制备及吸附性能测试

摘 要：为了有效减少工业生产产出物对水环境的污染，本文提出了一种基于高分子复合物的去污方法，并对相关物质进行制备。在这种方法中，运用聚乙烯亚胺改性物质，改良聚壳糖高分子复合物的耐酸性，并提高其对水中污染物六价铬阴离子的吸附能力。测试试验结果显示，使用聚壳糖的高分子复合物，大大减少了污染水中的六价铬阴离子，因此本文研制的改性聚壳糖对水污染治理具有重要的实用价值。

关键词：高分子复合物；聚壳糖；吸附性能

中图分类号：X 52" " 文献标志码：A

高分子复合物技术是材料与化工科学重要的研究方向。可以通过不同种类的物质制备高分子复合物，其具有多种良好的性能，这项技术在很多领域中得到了广泛应用[1]。在生态环境保护方面，高分子复合物是可以去除污染的重要工具。随着现代化工业体系的飞速发展，每天都会产生很多污染物，给生态环境造成巨大破坏。其中，污染物对水环境的影响最严重[2]。对水源或供水系统而言，污染物表现为离子级别的污染。阳离子污染目前已经得到了有效治理，但阴离子污染的治理手段还比较匮乏。高分子聚合物具有较强的吸附能力，对阴离子的污染物吸附也具有较强的针对性，因此它是水环境污染的有效治理手段[3]。从制备原料上看，高分子复合物的种类很多，包括基于聚壳糖的高分子复合物，基于木质素的高分子复合物，基于纤维素的高分子复合物等。本文以聚壳糖高分子复合物为研究对象，对其制备过程和吸附能力进行研究。

1 高分子复合物制备过程分析

本文以聚壳糖为高分子复合物的基本制备材料，利用其吸附作用对水中的阴离子污染物进行治理。去污对象主要是六价铬离子。六价铬离子对人体有严重的危害，而作为电镀刨光、纺织印染的工业生产的产出物和排放物，六价铬离子广泛存在于包括饮用水源在内的水环境中。聚壳糖的活性可以对六价铬离子产生吸附作用，具有针对性较强的去污能力。但是，聚壳糖本身耐酸性较差，直接置入水中会受到pH影响，从而丧失吸附能力。

聚壳糖本身虽然不能直接作为吸附剂使用，但可以通过改性处理提高其耐酸性。聚乙烯亚胺是可以提高聚壳糖耐酸性的有效改性剂。因此，通过聚乙烯亚胺（PEI）的改性处理，制备基于聚壳糖的高分子聚合物（CP），具体制备流程如下。

制备过程采用的是油水交联法。第一步，制备水相混合液。将基本材料聚壳糖和改性剂聚乙烯亚胺，按照设定的比例投放到乙酸溶液中，乙酸溶液的浓度为15%，体积取15mL。第二步，制备油相混合液。按照15∶1的比例取液体石蜡和司班，配置成油相混合液，体积取250mL。第三步，将水相混合液均匀注入油相混合液，并通过电动搅拌机使其均匀乳化1h。第四步，注入50%的戊二醛溶液，使白色乳液逐渐变为棕色乳液。第五步，离心处理和洗涤处理。对产出物进行干燥处理，干燥选择特定干燥箱，环境温度设置为80℃，干燥时间设定为12h，最终得到基于聚壳糖的高分子聚合物。上述制备过程的具体流程，如图1所示。

2 高分子复合物吸附性能测试

本文研制的基于聚壳糖的高分子聚合物，主要目标是对水环境中的六价铬进行吸附处理。因此，在高分子复合物制备成功后，对其吸附性能进行测试。

在测试过程中，对pH为3的水环境进行六价铬吸附，水中六价铬的含量为50mg/L，这里的高分子复合物用量为20mg。为了形成吸附作用的定量评价，这里采用4个量化公式。其中，计算高分子复合物的当前吸附容量，如公式（1）所示。

qt=（C0-Ct）Vm-1" " " " " " " " " " " " " " " （1）

式中：qt为一定条件下的基于聚壳糖的高分子聚合物的当前吸附容量；V为基于聚壳糖的高分子聚合物的吸附剂的体积；m为基于聚壳糖的高分子聚合物的吸附剂的质量；C0为带有六价铬污染物的水溶液的初始浓度；Ct为带有六价铬污染物的水溶液经过高分子复合物吸附处理后的当前浓度。

计算高分子复合物的最终吸附容量，如公式（2）所示。

qe=（C0-Ce）Vm-1" " " " " " " " " " " " " " " （2）

式中：qe为一定条件下的基于聚壳糖的高分子聚合物的最终吸附容量；Ce为带有六价铬污染物的水溶液经过高分子复合物吸附处理后的最终浓度。

计算带有六价铬污染物的水溶液的当前去除浓度，如公式（3）所示。

Rt=（C0-Ct）/C0" " " " " " " " " " " " " " " （3）

式中：Rt为经过高分子复合物吸附处理后的带有六价铬污染物的水溶液的当前去除浓度；Ct为带有六价铬污染物的水溶液经过高分子复合物吸附处理后的当前浓度。

计算带有六价铬污染物的水溶液的最终去除浓度，如公式（4）所示。

Re=（C0-Ce）/C0" " " " " " " " " " " " " " " "（4）

式中：Re为经过高分子复合物吸附处理后的带有六价铬污染物的水溶液的最终去除浓度。

在上述量化评价指标的基础上，观察不同的高分子复合物吸附剂的浓度对含有六价铬污染物的去除效果。在高分子复合物去污能力的评价方面，一般考察两个指标。第一个指标是高分子复合物对污染物的吸附总量；第二个指标是污染物的去除量占全部污染物的去除比例。综合上述两项指标，本文研制的高分子复合物对六价铬污染物的去除效果，如图2所示。

从图2中可以看出，随着高分子复合物吸附剂的浓度不断升高，污染物的被吸附总量也不断增加，趋势上呈现先快速增加，后缓慢增加，最终基本饱和、维持相对稳定的趋势。这也表明，当高分子复合物吸附剂的浓度达到一定程度后，污染物的被吸附总量就不会再有明显增加。因此，将高分子复合物吸附剂的浓度设置到一个合适的比例即可。从另一个指标的变化曲线看，随着高分子复合物吸附剂的浓度不断升高，污染物的去除比例不断下降，下降趋势接近线性变化的比例。

进一步考察含有六价铬污染物水溶液的酸碱度对高分子复合物吸附能力的影响。为了便于和本文制备的高分子复合物进行对比，同时选择制备过程中的本质材料作为对比，两种物质在不同酸碱度情况下，六价铬污染物的去除率对比如图3所示。

从高分子复合物和本质材料的对比柱状图可以看出，随着含有六价铬污染物水溶液的酸碱度不断变化，两种吸附剂对污染物的去除率都呈现先上升后下降的变化趋势。本文制备的高分子复合物在同样的酸碱度情况下，去除六价铬的能力明显更强。综合上述两组试验结果，经过制备的高分子复合物其吸附能力、去污能力，都要明显高于聚壳糖本质材料。

3 高分子复合物的扫描电镜和红外光谱分析

在明确了基于聚壳糖的高分子复合物的吸附性能后，通过扫描电镜和红外光谱对其进行分析，其中扫描电镜的分析图如图4所示。

图4（a）为聚壳糖本质材料的扫描电镜结果，图4（b）为基于聚壳糖的高分子复合物的扫描电镜结果。从两幅扫描电镜的结果可以看出，聚壳糖本质材料和高分子复合物都具有完美的球状形态，有利于起到吸附作用。基于聚壳糖的高分子复合物的球状形态直径略小。

进一步观察高分子复合物的红外光谱分析，为了便于对比聚合前后、不同物质成分聚合物的光谱特性，分别选择聚壳糖本质材料的红外光谱变化曲线、基于木质素的高分子复合物的红外光谱变化曲线、基于聚壳糖的高分子复合物的红外光谱变化曲线进行对比，结果如图5所示。

从图5中可以看出，3种物质的红外光谱曲线都存在两组宽峰，证明它们具有良好的吸附能力，可以在宽峰处对污染物进行有针对性的吸附处理，即对六价铬污染物的吸附作用较好。这组试验也证实了木质素高分子复合物也是一种吸附能力较强的物质。

4 结论

生态环境污染对人类的生存环境具有极大威胁，需要通过有效的治理方法来加以改善。而现代工业生产的排放物，会在很大程度上污染饮水水源，使人类赖以生存的水环境受到污染，其中六价铬是最常见的污染物。为了对六价铬阴离子进行有效吸附，本文提出了一种基于聚壳糖的高分子复合物的制备过程，通过聚乙烯亚胺改变其耐酸性差的特点，最大限度地提高其对六价铬的吸附能力。试验结果显示，基于聚壳糖的高分子复合物的浓度越高，对六价铬的吸附能力越强，可以得到更好的去污效果。在此基础上，本文进一步提出了高分子复合物的扫描电镜分析结果和红外光谱变化的分析结果。

参考文献

[1]陶虎春，李硕，张丽娟，等.一种新型磁性壳聚糖/海藻酸钠复合 凝胶球的制备与性能研究[J].北京大学学报，2018，54（4）：899-905.

[2]张丽珠，王欢，李琼，等.木质素衍生吸附材料及其在废水处理中的应用研究进展[J].化工进展，2022，41（7）：3731-3741.

[3]暴佳欣，王连艳，周志茂，等.壳聚糖复合物微球吸附水中药物污染物的研究进展 [J].工业用水与废水，2023，54（1）：1-5.