海參營(yíng)養(yǎng)素納米制劑的制備及對(duì)重金屬鉻離子吸附性研究

王卓 張紅梅 王媛 呂建洲

(遼寧師范大學(xué) 遼寧大連 116031)

水體中重金屬污染物的來(lái)源廣泛,主要的是工礦企業(yè)排放的廢物和污水。由于各方面的技術(shù)不成熟、設(shè)備落后、環(huán)保意識(shí)缺乏等原因,造成不少重金屬離子進(jìn)入水體,已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了自然水體的自凈能力,造成水環(huán)境嚴(yán)重污染[1]。重金屬污染指由重金屬或其化合物超過一定的濃度排放標(biāo)準(zhǔn)所造成的環(huán)境污染[2],其污染主要來(lái)源于化工、采礦、金屬冶煉及加工、電鍍等行業(yè),以及農(nóng)用殺蟲劑和生活污水等。水體中重金屬鉻的危害鉻污染的毒理作用主要表現(xiàn)為:毒性:Cr0、Cr2+無(wú)毒或毒性很小,Cr3+難吸收,毒性不大Cr6+毒性比Cr3+大100倍。

海參含有豐富的蛋白質(zhì)和黏多糖,營(yíng)養(yǎng)和藥用價(jià)值極高。含有較多礦物質(zhì):主要有鈣、磷、鐵、鎂 碘、硒等;蛋白質(zhì):含18種氨基酸、牛璜酸等;活性成份:海參素、海參皂甙、酸性粘多糖、β胡蘿卜素、海膽紫酮、牛璜酸、蝦黃等。納米材料由于其獨(dú)特的表面效應(yīng),體積效應(yīng)以及量子尺寸效應(yīng),使得材料的電學(xué),力學(xué),磁學(xué),光學(xué)等方面產(chǎn)生了驚人的變化。

1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

超聲儀、電子分析天平、掃描電鏡、精密酸度計(jì)、原子分光光度計(jì)、磁力攪拌機(jī)。

海參營(yíng)養(yǎng)素、鹽酸,氫氧化鈉,重鉻酸鉀(K2Cr2O7)。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置與標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置:準(zhǔn)確稱取1.413g重鉻酸鉀固體溶解,然后移在500mL容量瓶中定容,配制成100mg/L的Cr6+的標(biāo)準(zhǔn)溶液。標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制:吸取100mg/L的重鉻酸鉀溶液0、1.0、2.0、6.0、8.0、10.0ml分別于6個(gè)100ml容量瓶中,用雙蒸水定容、搖勻。在紫外分光光度計(jì)上測(cè)定其吸光度,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2.2 納米制劑的制備

將300ml配置好的1mg/ml海參營(yíng)養(yǎng)素溶液平均分成3份,分別進(jìn)行30min磁力攪拌、30min超聲;30min超聲、30min磁力攪拌和一組空白對(duì)照,用光學(xué)顯微鏡觀察顆粒形狀,在電鏡下觀察哪一組較均勻。

表3-1 納米海參營(yíng)養(yǎng)素用量對(duì)Cr6+的吸附量

表3-2 pH值對(duì)納米海參營(yíng)養(yǎng)素吸附Cr6+吸附率的影響

2.3 絮凝劑用量對(duì)絮凝效果的影響

用移液管分別取20ml、30ml、40ml、50ml、60ml的納米溶液和非納米溶液加入到錐形瓶中,再各加入5ml配置好的Cr6+標(biāo)準(zhǔn)溶液,在恒溫振蕩器上振蕩2h,離心取上清液,用原子分光光度計(jì)測(cè)定吸附后Cr6+的濃度,確定最佳絮凝劑用量。

2.4 pH值對(duì)絮凝效果的影響

用移液管移取5ml Cr6+溶液5份,用HCI將溶液調(diào)至pH為2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,再向其中各加入海參營(yíng)養(yǎng)素溶液40ml定容至50ml,在恒溫振蕩器上振蕩2h,離心取上清液,用原子分光光度計(jì)測(cè)定溶液中剩余的Cr6+含量。

3 結(jié)果與分析

3.1 納米海參營(yíng)養(yǎng)素制備的最佳工藝條件

磁力、超聲攪拌時(shí)間對(duì)納米海參營(yíng)養(yǎng)素制備產(chǎn)生影響,一般50min就可以出現(xiàn)良好的分散狀態(tài)。但超過一定的時(shí)間限度,則會(huì)出現(xiàn)絮狀物,所以將超聲時(shí)間確定為30min。

3.2 海參營(yíng)養(yǎng)素、納米海參營(yíng)養(yǎng)素吸附金屬離子性能的比較

20℃時(shí),取pH=6.0,濃度為100mg/L的Cr6+溶液5mL,加入40mL濃度為1.43mg/mL的納米海制劑和非納米制劑吸附120min。經(jīng)研究得到納米海參營(yíng)養(yǎng)素對(duì)鉻的吸附量為72.7mg/g;吸附率為83.2%;而非納米制劑的吸附容量和吸附率為69.2%、79.1%。因?yàn)榧{米化后,有更多的-NH2和-OH被釋放出來(lái),增大了基團(tuán)螯合吸附金屬離子的能力。

3.3 納米海參營(yíng)養(yǎng)素吸附重金屬離子的最佳用量

20℃時(shí),取pH=6.0,濃度為100mg/L的Cr6+溶液濃度為1.00mg/mL的納米海參營(yíng)養(yǎng)素溶液進(jìn)行吸附,測(cè)定不同用量的納米制劑對(duì)Cr6+的吸附情況。結(jié)果見下表3-1:

隨著納米制劑用量的增加對(duì)Cr6+的吸附吸附率越大,但它的單位吸附量呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。當(dāng)納米制劑用量為40mL時(shí),Cr6+的去除率均已達(dá)到最大,此后的去除率增加緩慢。因此我們確定納米海參營(yíng)養(yǎng)素的最佳用量為濃度為1.43mg/mL,體積為40mL。

3.4 納米海參營(yíng)養(yǎng)素吸附重金屬離子的最佳pH

研究表明,吸附劑的吸附量與溶液的酸度有關(guān)。在不同pH值下納米制劑對(duì)Cr6+的吸附情況,以期找出最佳吸附的pH值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表3-2:

由表3-2可以看出,pH值在2-5時(shí),納米海參營(yíng)養(yǎng)素的吸附率比較低,隨著pH值升高,納米海參營(yíng)養(yǎng)素的吸附量都有較大幅度的增加。當(dāng)pH值在升高的條件下,納米海參營(yíng)養(yǎng)素對(duì)硌離子的吸附量和吸附率反而均成下降趨勢(shì)。

[1]何新建,謝建軍,李晟,等.木質(zhì)素及其衍生物對(duì)重金屬離子吸附性能研究進(jìn)展[J].廣東化工,2009(10).

[2]Lalvani S B,Hubeeer A,Wiltowski T S,Murphy D.Chromium adsorption by Lignin[J].Energy Sources,2000,22:45-56.