殼寡/聚糖系列衍生物對鉛離子的吸附研究

王昕鴿,張 戈

(遼寧師范大學城市與環(huán)境學院,遼寧大連116029)

殼寡/聚糖系列衍生物對鉛離子的吸附研究

王昕鴿,張 戈

(遼寧師范大學城市與環(huán)境學院,遼寧大連116029)

比較了9種殼寡/聚糖系列衍生物作為吸附劑對同一濃度鉛離子的吸附,結果為交聯(lián)香草醛殼聚糖(CTSV-G)>香草醛殼聚糖(CTSV)>羧甲基殼聚糖(CM-CTS)>巰基化殼寡糖(O-CTS-SH)>殼寡糖(O-CTS)>香草醛殼寡糖(O-CTSV)>殼聚糖(CTS)>殼寡糖硫酸酯(OCTSS)>羧甲基殼寡糖(CM-O-CTS);比較了同一吸附劑對不同濃度的鉛離子的吸附率,其吸附率隨著溶液濃度的升高而降低。研究了各吸附劑在鉛、鎘、鉻金屬離子競爭中對鉛吸附的影響,結果表明各吸附劑對鎘和鉛離子的吸附效果最好,可達80%,對鉻離子吸附較少,在40%左右。

殼寡/聚糖系列衍生物;吸附;鉛離子

甲殼素是僅次于纖維素的第二大可再生天然高分子材料,廣泛存在于甲殼綱動物的蝦蟹的甲殼中[1～4]。甲殼素分子中有氨基和羥基等活潑基團的存在,可以對其進行化學修飾從而改善其化學性質(zhì),使其具有不同的功能,其降解產(chǎn)物殼寡糖、殼聚糖等具有許多的優(yōu)良特性,在各種領域中都有廣泛的應用價值。

鉛是自然界中分布較廣的一種元素,隨著近代科學技術的發(fā)展,鉛的濃度在整個生物圈中不斷增加,鉛污染已從職業(yè)環(huán)境向日常生活環(huán)境擴展[5～7]。為了處理水中重金屬離子,本文利用殼寡糖和殼聚糖的衍生物吸附鉛,對其吸附效果進行探討,對比研究了各吸附劑對水中重金屬離子Pb2+、Cr3+、Cd2+的吸附作用,為水體無害化處理做了基礎研究。

1 實驗

1.1 各吸附劑對同一濃度鉛離子的吸附方法

配制1mg/L的硝酸鉛溶液,并用移液管取9份5ml硝酸鉛溶液于10ml離心管中,稱取9種吸附劑(分別為:①香草醛殼寡糖;②殼寡糖硫酸酯;③巰基化殼寡糖;④羧甲基殼寡糖;⑤殼寡糖;⑥香草醛殼聚糖;⑦羧甲基殼聚糖;⑧交聯(lián)香草醛殼聚糖;⑨殼聚糖)各0102g分別放入離心管中,搖勻,并調(diào)節(jié)pH至7～715。把所有樣品都放置在氣浴恒溫震蕩器中,在常溫下震蕩8h,使反應完全。

將②號、⑥號、⑧號、⑨號用離心機在7000rpm下離心20min,將上清液倒入10ml試管中,用原子吸收分光光度計測定各上清液的吸光度。計算吸附率。

將①號、③號、④號、⑤號、⑦號加入5ml無水乙醇使吸附劑析出,再用離心機在7000rpm下離心20min,將上清液倒入10ml試管中,用原子吸收分光光度計測定各上清液的吸光度。

重復以上實驗,做空白比較,然后計算吸附率[8]:

其中,P:吸附率;

C0:吸附前鉛離子濃度,mg/L;

C:吸附后鉛離子濃度,mg/L;

V0:加入的鉛溶液體積,L;

V:吸附后體積,L。

1.2 同一吸附劑對不同濃度的鉛離子的吸附方法

配制以下系列濃度的硝酸鉛溶液:1mg/L、3mg/L、5mg/L、10mg/L、20mg/L、50mg/L。

用移液管取上述溶液各5ml于6個10ml離心管中,稱取4種吸附劑(③巰基化殼寡糖;⑥香草醛殼聚糖;⑦羧甲基殼聚糖;⑧交聯(lián)香草醛殼聚糖)各0102g分別放入離心管中,搖勻,并調(diào)節(jié)pH至710～715。把以上所有樣品都放置在氣浴恒溫震蕩器中,在常溫下震蕩8h,使反應完全。

將③號、⑦號加入5ml無水乙醇使吸附劑析出,再用離心機在7000rpm下離心20min,將上清液倒入10ml試管中,用原子吸收分光光度計測定各上清液的吸光度。

將⑥號、⑧號用離心機在7000rpm下離心20min,將上清液倒入10ml試管中,用原子吸收分光光度計測定各上清液的吸光度。

分別重復上述實驗,做空白比較,然后根據(jù)公式(1)計算吸附率。

1.3 各吸附劑對于含鉛多種離子的競爭吸附方法

制備金屬離子(Pb2+、Cr3+、Cd2+)混合溶液,使各金屬離子濃度均為50mg/L。

稱取9種吸附劑(分別為:①香草醛殼寡糖;②殼寡糖硫酸酯;③巰基化殼寡糖;④羧甲基殼寡糖;⑤殼寡糖;⑥香草醛殼聚糖;⑦羧甲基殼聚糖;⑧交聯(lián)香草醛殼聚糖;⑨殼聚糖)各0102g于10ml離心管中,分別加入5ml制備好的金屬離子混合溶液,搖勻,并調(diào)節(jié)pH至7～715。把以上所有樣品都放置在氣浴恒溫震蕩器中,在常溫下震蕩8h,使反應完全。

將②號、⑥號、⑧號、⑨號用離心機在7000rpm下離心20min,將上清液倒入10ml試管中,用原子吸收分光光度計測定各上清液的吸光度。

將①號、③號、④號、⑤號、⑦號各加入5ml無水乙醇使吸附劑析出,再用離心機在7000rpm下離心20min,將上清液倒入10ml試管中,用原子吸收分光光度計測定各上清液的吸光度。

重復以上實驗,做空白比較,然后根據(jù)公式(1)計算吸附率。

2 結果與討論

2.1 各吸附劑對同一濃度鉛離子的吸附率比較

殼聚糖、殼寡糖及其衍生物中含有大量的游離氨基,且氨基鄰位是羥基,可借氫鍵形成具有類似網(wǎng)狀結構的籠性分子,從而對金屬離子有著穩(wěn)定的配位作用[9]。H-或OH-影響著吸附劑吸附性能的大小,在pH值太低時-NH2被大量質(zhì)子化成為-NH3

+,大大削弱了氨基的螯合作用,使其吸附量降低;而當OH-大量存在時,金屬離子又會優(yōu)先與OH-結合,同樣降低了吸附劑對金屬離子的吸附能力。因此,實驗選擇在pH值710～715進行吸附實驗。如圖1所示,在吸附劑用量、pH值等一切外在因素相同的條件下,各吸附劑對鉛離子的吸附率均已達到85%以上,吸附能力為:CTSV-G>CTSV>CM-CTS>O-CTS-SH>O-CTS>O-CTSV>CTS>O-CTSS>CM-O-CTS。

2.2 同一吸附劑對不同濃度的鉛離子的吸附率比較

根據(jù)211試驗結果,本節(jié)選擇吸附效果較好的吸附劑(交聯(lián)香草醛殼聚糖、香草醛殼聚糖、羧甲基殼聚糖、巰基化殼寡糖)進行吸附實驗。如圖2所示,各吸附劑在質(zhì)量相同的情況下吸附率隨著溶液濃度的增加而減小,即鉛離子含量越低吸附越徹底。

2.3 各吸附劑對含鉛多種離子的競爭吸附率比較

如圖3所示,各吸附劑對3種離子都有吸附,但吸附率不同:對Pb2+的吸附效果最好,可達80%;對Cd2+的吸附效果次之,可達75%;對Cr3+吸附較少,在40%左右。各吸附劑對鉛離子吸附較好,主要是因為在pH值710～715時,吸附劑本身對鉛離子有高度的結合能力,其次鉛離子分子量相對較大,也有利于吸附劑對其吸附。

3 小結

實驗主要是將殼寡糖、殼聚糖及其衍生物共9種吸附劑用于對鉛離子的吸附。在平行條件下對配制的鉛離子溶液進行吸附,實驗表明,各吸附劑吸附能力依次為:交聯(lián)香草醛殼聚糖、香草醛殼聚糖、羧甲基殼聚糖、巰基化殼寡糖、殼寡糖、香草醛殼寡糖、殼聚糖、殼寡糖硫酸酯、羧甲基殼寡糖。從中選出了4種吸附效果較好的吸附劑對不同濃度的鉛離子進行吸附研究,結果表明,各吸附劑在質(zhì)量相同的條件下,吸附率隨著溶液濃度的增加而減小;同時還進行了競爭吸附試驗,吸附離子為Cr3+、Cd2+、Pb2+。吸附結果表明,在pH值為710～715時,各吸附劑對Pb2+的吸附效果最好。

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Research on Adsorption of SerialDerivatives of Chitooligosaccharide&Chitosan to Lead Ion

WANG Xin2ge,ZHANG Ge
(College ofUrban and Environmental Sciences,Liaoning Nor malUniversity,Dalian Liaoning 116029 China)

The adsorption abilities of the nine serial derivatives of chitooligosaccharide&chitosan to lead ion with the same concentration are compared and the results reveal the abilities of the derivatives are as follows from the strongest to the least:CTSV-G>CTSV>CM-CTS>O-CTS-SH>O-CTS>O-CTSV>CTS>O-CTSS>CM-OCTS;the adsorption ability of each derivative with the same quantity to lead ion with different concentrations is also compared,the results ofwhich indicate that the absorption rate decreases as the solution con2 centration increases.In addition,the competitive adsorption of different adsorbents to lead ion,cadmium ion and chromium ion is compared.The results discover that all absorbents have better adsorption effect on lead ion and cadmium ion with the efficiency of up to 80%than chromium with the efficiency of about 40%.

serial derivatives of chitooligosaccharide&chitosan;adsorption;lead ion

X17

A

1673-9655(2010)05-0011-03

2010-08-18

遼寧師范大學開放性實驗室資金支持。

王昕鴿(1986-),女,京族,貴州省人,碩士研究生,研究方向:環(huán)境科學。