O-羧甲基殼聚糖對(duì)電鍍廢水中Cr(VI)吸附性能的研究

李雯，張光華,，朱雪丹，來(lái)水利

（1.陜西科技大學(xué)教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710021；2.浙江溫州輕工研究院，浙江 溫州 325003）

【三廢治理】

O-羧甲基殼聚糖對(duì)電鍍廢水中Cr(VI)吸附性能的研究

李雯1，張光華1,2,*，朱雪丹1，來(lái)水利1

（1.陜西科技大學(xué)教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710021；2.浙江溫州輕工研究院，浙江 溫州 325003）

O-羧甲基殼聚糖對(duì)六價(jià)鉻具有吸附作用。本文研究了溶液的 pH、吸附時(shí)間、溫度和 O-羧甲基殼聚糖的加入量對(duì)其吸附性能的影響。結(jié)果表明，在室溫下，pH為2，吸附時(shí)間2 h，O-羧甲基殼聚糖加入量為5 g時(shí)，其吸附性能最好，吸附率可達(dá)98%以上。

O-羧甲基殼聚糖；電鍍廢水；六價(jià)鉻；吸附

1 前言

電鍍廢水中含有大量的可致癌、致畸、致突變的劇毒物質(zhì)，其中以六價(jià)鉻的危害最為嚴(yán)重[1-2]。六價(jià)鉻可通過(guò)消化、呼吸道、皮膚及黏膜侵入人體，且易被人體吸收。國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)即 GB 21900–2008《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的現(xiàn)有企業(yè)電鍍廢水中 Cr(VI)的最高容許排放限值為0.5 mg/L。

目前常用的去除工業(yè)廢水中鉻的方法有還原–沉淀法、離子交換法、吸附法等。這些方法或因沉淀難于處理而造成再次污染，或因處理費(fèi)用昂貴而使其應(yīng)用受到了限制。用價(jià)廉、原料豐富、可降解的殼聚糖吸附法處理含鉻廢水是一種較理想且有發(fā)展前途的方法[3]。

殼聚糖是甲殼素經(jīng)化學(xué)方法處理脫乙?；蟮漠a(chǎn)物，是一種天然的陽(yáng)離子聚合物。它無(wú)毒、無(wú)害，安全可靠，易生物降解，具有良好的生物相容性[4]。目前，殼聚糖及其衍生物已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)[4-5]。本文以殼聚糖為原料制得了O-羧甲基殼聚糖，研究了其對(duì)電鍍廢水中六價(jià)鉻的吸附性能。

2 實(shí)驗(yàn)

2. 1 試劑與儀器

殼聚糖(山東濰坊科海甲殼素有限公司，脫乙酰度85%，工業(yè)級(jí))。某廠電鍍車(chē)間鍍鉻廢水，Cr(VI)含量196 mg/L，pH = 2.86。氯乙酸、異丙醇、氫氧化鈉、乙醇等均為分析純。

所用儀器有：ZHWY-100C恒溫?fù)u床，上海智城分析儀器公司；PB-21型酸度計(jì)，賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司；TDL-40B離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；722S可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司。

2. 2 O-羧甲基殼聚糖的制備方法

將15 g殼聚糖浸于150 mL的異丙醇中溶脹0.5 h，加入30 mL w = 30%的NaOH后溶脹2.5 h，于室溫下30 min內(nèi)分次加入18 g氯乙酸，35 °C下攪拌反應(yīng)4 h。結(jié)束后加入60 mL水，用醋酸調(diào)節(jié)pH至7，抽濾后用甲醇及無(wú)水乙醇各洗滌一次，然后在60 °C下烘干[6-8]。

2. 3 吸附率的測(cè)定方法

在50 mL電鍍廢水樣品中加入O-羧甲基殼聚糖，調(diào)節(jié) pH，然后將其置于恒溫振蕩器上，以 100 r/min的轉(zhuǎn)速控溫吸附。吸附結(jié)束后用二苯基碳酰二肼分光光度法測(cè)定其光度值，參照六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)曲線確定其濃度，采用式(1)計(jì)算吸附率。

式中ρ1和ρ2分別為吸附前后Cr(VI)的質(zhì)量濃度，單位mg/L；F為吸附率。

3 結(jié)果與討論

3. 1 pH對(duì)吸附性能的影響

在30 °C，O-羧甲基殼聚糖加入量為3 g，吸附時(shí)間為2 h的條件下，Cr(VI)的吸附率與pH的關(guān)系如圖1所示。

由圖1可以看出，在pH為2時(shí)，O-羧甲基殼聚糖對(duì)Cr(VI)的吸附率最大；堿性條件下(pH ＞7)基本無(wú)吸附。在酸性溶液中，Cr(VI)主要以和兩種形式存在[9]。在強(qiáng)酸性條件下，─NH2與H+離子形成胺正離子，易與帶負(fù)電荷的和發(fā)生吸附作用；在弱酸性條件下，─NH2和─COO?可與Cr(VI)生成配合物，故在pH為4時(shí)有一小峰值出現(xiàn)；而當(dāng)pH較大時(shí)，溶液呈堿性，Cr(VI)不能穩(wěn)定存在，故基本無(wú)吸附。因此，以O(shè)-羧甲基殼聚糖作為吸附材料時(shí)，將廢水的pH控制在2較為適宜。

圖1 pH與Cr(VI)吸附率的關(guān)系Figure 1 Relationship between pH and adsorption rate of Cr(VI)

3. 2 吸附時(shí)間對(duì)性能的影響

在30 °C，O-羧甲基殼聚糖加入量為3 g，pH為2的條件下， Cr(VI)的吸附率與時(shí)間的關(guān)系如圖2所示。

圖2 時(shí)間與Cr(VI)吸附率的關(guān)系Figure 2 Relationship between time and adsorption rate of Cr(VI)

由圖2可見(jiàn)，開(kāi)始時(shí)吸附速度較快，吸附率上升明顯，這可能是由于吸附開(kāi)始時(shí)有部分─NH2和─COO?與Cr(VI)發(fā)生配合反應(yīng)而造成的。80 min后吸附率接近90%，160 min后吸附率達(dá)到98%以上。為了使吸附完全，選擇吸附時(shí)間為160 min為宜。

3. 3 投加量對(duì)吸附性能的影響

在30 °C，pH為2，吸附時(shí)間為2 h的條件下， Cr(VI)的吸附率與O-羧甲基殼聚糖加入量的關(guān)系見(jiàn)圖3。

圖3 O-羧甲基殼聚糖加入量與Cr(VI)吸附率的關(guān)系Figure 3 Relationship between dosage of O-carboxymethyl chitosan and adsorption rate of Cr(VI)

由圖3可以看出，隨著O-羧甲基殼聚糖加入量的增大，吸附率逐漸上升，但當(dāng)其加入量大于 4 g時(shí)，Cr(VI)的吸附率增加緩慢，加入量達(dá)到5 g后基本不變。因此，O-羧甲基殼聚糖加入量以5 g最佳，此時(shí)吸附率可達(dá)98%。

3. 4 溫度對(duì)吸附性能的影響

在O-羧甲基殼聚糖加入量為5 g，吸附時(shí)間2 h，pH為2的條件下，Cr(VI)的吸附率與溫度的關(guān)系見(jiàn)圖4。

圖4 溫度與Cr(VI)吸附率的關(guān)系Figure 4 Relationship between temperature and adsorption rate of Cr(VI)

由圖4可見(jiàn)，室溫下，溫度對(duì)Cr(VI)的吸附基本無(wú)影響。故O-羧甲基殼聚糖對(duì)電鍍廢水中的六價(jià)鉻吸附可在常溫下進(jìn)行。

3. 5 O-羧甲基殼聚糖的解吸與再生

O-羧甲基殼聚糖吸附Cr(VI)后，可用0.1 mol/L的NaOH解吸。將解吸后的O-羧甲基殼聚糖用蒸餾水沖洗至中性，烘干后可循環(huán)使用。經(jīng)測(cè)定，Cr(VI)脫附率達(dá)97%以上。

4 結(jié)語(yǔ)

以O(shè)-羧甲基殼聚糖為吸附劑對(duì)實(shí)際電鍍廢水中的六價(jià)鉻吸附性能進(jìn)行了研究，常規(guī)條件下吸附率為98%。處理后廢水中的Cr(VI)濃度為3.51 mg/L，再經(jīng)活性炭柱處理后，水中的Cr(VI)濃度為0.36 mg/L，達(dá)到GB 21900–2008對(duì)現(xiàn)有企業(yè)的排放限值要求。

殼聚糖來(lái)源豐富，無(wú)毒無(wú)味，具有良好的生物兼容性及可降解性，并且不存在二次污染。用殼聚糖及其衍生物做吸附劑去除電鍍廢水中的重金屬，工藝簡(jiǎn)單，節(jié)能環(huán)保。

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[ 編輯：吳定彥 ]

Study on the adsorption property of O-carboxymethyl chitosan for Cr(VI) from electroplating wastewater //

LI Wen, ZHANG Guang-hua*, ZHU Xue-dan, LAI Shui-li

The adsorption exists between O-carboxymethyl chitosan and Cr(VI). The effects of pH, adsorption time, dosage of O-carboxymethyl chitosan on its adsorption property were studied. The results showed that the adsorption property is the best and the absorption rate reaches 98% under the conditions of room temperature, pH 2, absorption time 2 h and dosage 5 g.

O-carboxymethyl chitosan; electroplating wastewater; adsorption

Key Laboratory of Auxiliary Chemistry & Technology for Chemical Industry, Ministry of Education, Shanxi University of Science & Technology, Xi’an 710021, China

O647.3

A

1004 – 227X (2010) 07 – 0030 – 03

2010–01–05

2010–03–24

浙江溫州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（H20070015）。

李雯（1985–），女，陜西咸陽(yáng)人，碩士研究生，研究方向?yàn)楣δ芨叻肿硬牧稀?/p>

(E-mail) liwen8505@163.com。