殼聚糖—錳復(fù)合物吸附汞的動力學(xué)特性研究

張婭 陳鵬

摘要：本文研究了錳氧化物修飾殼聚糖吸附劑吸附水中汞離子的動力學(xué)特性。吸附動力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：吸附在120分鐘可達(dá)到平衡，其吸附動力學(xué)更符合準(zhǔn)二階動力學(xué)模型。

關(guān)鍵詞：殼聚糖；錳氧化物；汞；吸附

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）01-0246-02

一、前言

作為世界最大的汞生產(chǎn)、使用和排放國家，中國面臨著嚴(yán)峻的汞污染問題[1]。人若長期暴露于含汞環(huán)境中會對人體產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，如呼吸障礙、胸悶，嚴(yán)重時會致癌[2]。因此，含汞廢水排放前必須進(jìn)行有效處理。

吸附法是目前去除水體重金屬離子最常用的方法之一。常用的水體汞離子吸附劑包括活性炭[3]、鐵磁性材料[4]、聚合物[5]等。

殼聚糖包含氨基及羥基自由基，這些基團(tuán)可以提供活性吸附部位[6]。而且，殼聚糖廉價易得且具有較好的吸附效果。因此，本文旨在制備一種錳氧化物修飾殼聚糖復(fù)合物吸附劑并考察其吸附汞離子的動力學(xué)特性。

二、實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)材料?；瘜W(xué)試劑，如Hg（NO3）2·H2O、氯化錳等均購自滬試。所有試劑均為分析純或以上。實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

2.錳氧化物修飾殼聚糖的制備。稱量10g殼聚糖置于100mL，2.5mol/L的氯化錳溶液中，室溫下浸泡10h。然后將懸浮液轉(zhuǎn)移至6.0mol/L的氫氧化鈉溶液中，在室溫下反應(yīng)10h以得到錳氧化物修飾殼聚糖復(fù)合物。所得樣品用超純水清洗數(shù)次后，在100℃的烘箱中烘干過夜。

3.吸附動力學(xué)實(shí)驗(yàn)。將分析純Hg（NO3）2·H2O溶于1L二次蒸餾水中，制得1000mg/L的儲備液，密封并低溫存儲備用。實(shí)驗(yàn)前將溶液稀釋至所需濃度。所有的吸附實(shí)驗(yàn)都在室溫下進(jìn)行。步驟：將20mg吸附劑置入100mL上述儲備液的稀釋溶液中。把裝有吸附劑和吸附質(zhì)的錐形瓶置入空氣浴搖床中搖8h。在不同時間間隔內(nèi)取上述吸附混合液5毫升，混合溶液經(jīng)45μm的濾膜過濾，濾液中汞離子的濃度用原子熒光分光光度法測定（AFS-2202a，北京萬拓儀器有限公司）。

本實(shí)驗(yàn)采用準(zhǔn)一階和準(zhǔn)二階動力學(xué)方程對吸附過程進(jìn)行模擬。

準(zhǔn)一階動力學(xué)方程：ln（qe-q）=lnqe-K1t （1）

準(zhǔn)二階動力學(xué)方程：t/q=1/（K2qe2）+t/qe （2）

式中：q代表t時間內(nèi)的汞吸附量；qe代表吸附平衡時的汞吸附量；K1和K2分別為準(zhǔn)一階和準(zhǔn)二階動力學(xué)方程的吸附速率常數(shù)。

三、結(jié)果與討論

圖1表示不同時間下，汞的吸附效率圖。從圖中可以看出：汞離子剛開始的吸附非常迅速，然后趨緩并在120分鐘左右達(dá)到吸附平衡。最大吸附容量相對應(yīng)于19.5和48.6mg/L的初始汞濃度分別為36.0和54.7mg/g。

汞濃度：48.9mg/L（紅色圓圈），19.6mg/L（黑色方形）；吸附劑負(fù)荷：0.5g/L；pH=4；轉(zhuǎn)速：180rpm；溫度：25±1°C

根據(jù)圖1所得的吸附動力學(xué)曲線，我們對其進(jìn)行了吸附動力學(xué)擬合，如圖2所示。圖2（A）和（B）分別表示準(zhǔn)一階和準(zhǔn)二階擬合。從圖中可以看出，動力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用準(zhǔn)一階方程擬合時，相關(guān)系數(shù)分別為0.821和0.984；而用準(zhǔn)二階方程擬合的相關(guān)系數(shù)均超過99%。由此可見：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更符合準(zhǔn)二階擬合。兩種擬合方式所得的動力學(xué)參數(shù)如表1所示。

（A）準(zhǔn)一階；（B）準(zhǔn)二階。吸附劑負(fù)荷：0.5g/L；pH=4；轉(zhuǎn)速：180rpm；溫度：25±1°C

除了對所得材料的吸附動力學(xué)進(jìn)行研究之外，我們也考察了溶液酸堿度、吸附劑用量及反應(yīng)溫度等條件改變對吸附過程的影響。在溶液pH為4時，汞的吸附效果最好，最近吸附劑用量為20毫克，室溫條件下的吸附性能最佳。

四、結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)所制備的錳氧化物修飾殼聚糖相具有較高的水體汞離子吸附性能。吸附在120min可達(dá)到平衡。其吸附動力學(xué)更符合準(zhǔn)二階動力學(xué)模型。

參考文獻(xiàn)：

[1]F.Di Natale，A.Erto，A.Lancia，D.Musmarra，Mercury adsorption on granular activated carbon in aqueous solutions containing nitrates and chlorides[J].Journal of Hazardous Materials，2011，（15）：192.

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[6]Rodrigo S.Vieira，Marisa M.Beppu，Dynamic and static adsorption and desorption of Hg（II）ions on chitosan membranes and spheres[J].Water Research，2006，（40）.