變性淀粉對銅離子吸附能力的分析

李佳珂

（河南省化工研究所有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450052）

變性淀粉對銅離子吸附能力的分析

李佳珂

（河南省化工研究所有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450052）

本文研究將改性淀粉用于工業(yè)廢水中有害金屬離子的吸附。考察了淀粉接枝聚合物離子吸附劑對銅離子的吸附。隨著吸附時(shí)間的增加，銅離子濃度降低，說明接枝聚合物離子吸附劑對銅離子有一定的吸附效果，是一種有效的污水處理劑。

變性淀粉；吸附；廢水處理

含重金屬離子的廢水對環(huán)境特別是對人類自身的危害很大。改性的天然高分子物質(zhì)由于其自身一些獨(dú)特的功能，可作為離子交換樹脂和離子螯合劑，越來越廣泛地被應(yīng)用在治理重金屬離子廢水污染上。本文用原淀粉和幾種不同的引發(fā)劑制成接枝變性淀粉，對銅離子進(jìn)行吸附，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，接枝淀粉的吸附效果不錯(cuò)。

1 實(shí)驗(yàn)材料和主要儀器設(shè)備

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及化學(xué)試劑

冰醋酸，四氯甲烷，氨水，氯化鉀，二水合檸檬酸三鈉，高純度的銅，銅試劑，乙二胺四乙酸二鈉，硝酸，硫酸（均為分析純）。

1.2 主要儀器設(shè)備

KS型康氏振蕩器，LD4-2型離心機(jī)（0～4000r·min-1），SHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵，pHS-25型pH計(jì)，722S分光光度計(jì)。

2 實(shí)驗(yàn)原理與方法

2.1 吸附機(jī)理

2.1.1 絡(luò)合吸附

堿水解是將產(chǎn)物的憎水劑-CN轉(zhuǎn)化為-CONH2﹑-COONa﹑-COOH，使其形成溶于水的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在酸性介質(zhì)中，螯合劑分子中的羧基和酰胺基分別以-COOH和-CONH2的形式存在，不利于金屬離子形成螯合物。pH升高，平衡向右移動(dòng)，螯合劑分子中的羧基和酰胺基分別以-COO-和-CONH2的形式存在，有利于金屬離子與其形成螯合物，但pH過高會(huì)引起金屬離子水解，所以應(yīng)控制pH范圍。螯合劑吸附金屬離子的主要形式為絡(luò)合吸附和離子交換吸附兩種，其中以絡(luò)合吸附為主[1]。

2.1.2 堿水解

堿水解的反應(yīng)式如下：

以M2+代表Cu2+等，M2+在水溶液中會(huì)發(fā)生水解，而且隨著pH增大，水解程度加劇，直至產(chǎn)生沉淀。其反應(yīng)式如下：

但M2+在水解的過程中還會(huì)發(fā)生配聚，使分子變大，電荷升高，如下式所示：

依次類推，M2+可水解配聚成四核﹑五核﹑六核等多核配位離子，隨著絡(luò)合物正電荷的增大，吸附劑與M2+絡(luò)合物的親合力變大，絡(luò)合能力增強(qiáng)，反應(yīng)式如下[2]：

2.1.3 離子交換吸附

當(dāng)含M2+水溶液的pH≤2時(shí)，吸附劑仍能吸附部分的M2+，這可能與離子交換吸附有關(guān)：

2.2 銅溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

銅離子吸收的標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制參見文獻(xiàn)[3]。銅離子的標(biāo)準(zhǔn)吸收曲線見圖1。

圖1 銅離子的標(biāo)準(zhǔn)吸收曲線

2.3 吸附實(shí)驗(yàn)

取50mg變性淀粉吸附劑，放入裝有100mL 50mg·L-1銅離子溶液的錐形瓶中，調(diào)節(jié)pH值為7，然后置于30℃﹑200r·min-1的搖床中振蕩，開始計(jì)時(shí)，每隔15min取5mL溶液，用離心機(jī)離心分離，取上層清液1mL加于分液漏斗中，加水至50mL，加5.0mL乙二胺四乙酸二鈉溶液，用氨水調(diào)溶液pH值為8～8.5，加5.0mL二乙基二硫代氨基甲酸鈉(銅試劑)，搖勻，靜置5min，加10mL四氯甲烷用力振蕩2min，靜置分層后在1h內(nèi)進(jìn)行測定。

吸干漏斗頸管內(nèi)壁的水分后，塞入一小團(tuán)脫脂棉，棄去最初流出的有機(jī)相，然后將有機(jī)相移入10mm的吸收池內(nèi)，在440nm波長處以四氯甲烷為參比，測量吸光度。以試樣的吸光度減去空白試驗(yàn)的吸光度后，從標(biāo)準(zhǔn)曲線查出相應(yīng)的銅含量。

用50.0mL水代替試樣，從步驟“加5.0mL乙二胺四乙酸二鈉溶液”開始，進(jìn)行操作。

銅離子溶液濃度的分析方法是利用在氨溶液中（pH=8.0～8.5），銅與二乙基二硫代氨基甲酸鈉作用生成黃棕色絡(luò)合物，在波長440nm處測定吸光度，與銅離子吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線相對照。

2.4 吸附量的計(jì)算

平衡吸附量按式（1）進(jìn)行計(jì)算[4]：

式中，C0為吸附前銅離子濃度，mg·L-1；C為吸附后銅離子濃度，mg·L-1；V為被處理的銅離子溶液體積，mL；W為吸附劑干重，mg；Q為吸附平衡劑的量，mg?·g-1（干基）。

2.5 幾種淀粉的吸附性能的比較

圖2給出了不同的改性淀粉產(chǎn)品對50mg·mL-1銅離子的吸附情況。由圖中可看出，原淀粉和幾種不同引發(fā)劑接枝的變性淀粉都具有很快的吸附速度，在120min都已經(jīng)達(dá)到了吸附平衡。接枝淀粉的吸附量都在75mg·g-1以上，原淀粉的吸附效果很弱，基本上沒有明顯的吸附，吸附量不到10mg·g-1。以硝酸鈰銨作引發(fā)劑的接枝淀粉的吸附量最高達(dá)到94.67 mg·g-1，而以高錳酸鉀（料液比1∶10）和過氧水作引發(fā)劑相差不大，以高錳酸鉀（料液比1∶100）作引發(fā)劑的接枝淀粉的吸附量最高只有78.63mg·g-1。

圖2 5種淀粉的吸附性能比較

3 小結(jié)

通過比較分析，不同引發(fā)劑接枝的變性淀粉在達(dá)到吸附平衡時(shí), 吸附量略有差異, 但總體上,接枝淀粉的吸附效果還是不錯(cuò)。

[1] Chitra Rajagopal, J.C. Kapoor. Development of adsorptive removal process for treatment of explosives contaminated wastewater using actived carbon[J]. Journal of hazardousmaterials B, 2001(87): 73-89.

[2] K. Kadirvelu, K. Thamaraiselvi, C. Namasivayam.Adsorption of nickel (Ⅱ) from aqueous solution onto activated carbon prepared from coirpith[J]. Separation and Purification Technology, 2001 (24).

[3] Vinod K. Gupta , Monoka Gupta and Saurabh Sharma. Process development for the removal of lead and chromium from aqueous solutions using Red Mud–An aluminium industry waster[J]. Wat.Res., 2001, 35(5): 1125-1134.

[4] 樊恒鑫.用“多化一”最小二乘法建立吸附動(dòng)力學(xué)方程[J].西北大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，25(4)：290-291.

Adsorption Capacity of Modified Starch for Copper Ion

LI Jiake
(Henan Chemical Industry Research Institute Co. Ltd., Zhenzhou 450052, China)

Modified starch was applied to absorb the harmful metal ion in industrial sewage. The absorption of grafting starch polymer absorbent to the copper ion was studied. With the increase of absorption time, the copper ion concentration was decreased. It was showed that grafting starch polymer absorbent had the absorption ability to the copper ion, and it was a effective sewage disposal agents.

modifed starch; absorption; sewage treatment

X 703

A

1671-9905(2017)04-0049-03

2017-02-21