壳聚糖对实验室废水中Zn2+最佳吸附条件的研究(1)
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[摘要] 目的 探讨壳聚糖吸附处理重金属离子Zn2+的最佳工艺条件，以及再生后对其吸附性能的影响，以便为实际应用提供参考。 方法 建立实验室模拟废水，并采用壳聚糖对模拟废水中的微量重金属离子Zn2+进行吸附试验，观察不同pH值、壳聚糖用量、时间、温度下最佳吸附效果。 结果 在实验室条件下，壳聚糖对Zn2+最佳吸附条件是Zn2+溶液pH为6，壳聚糖用量为0.4 g，时间30 min，温度为35℃。 结论 壳聚糖对水中微量重金属离子有较好的吸附效果，可作为重金属离子的吸附剂用于实验室重金属离子废水的处理。
[关键词] 壳聚糖；重金属离子；吸附；Zn2+
[中图分类号] R-33 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721(2013)01(b)-0012-02
壳聚糖(Chitosan)是甲壳素N-脱乙酰基的产物，又称脱乙酰甲壳素，是一种聚氨基葡萄糖线形高分子物质，其学名是β-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，其结构式见图1，一般而言，N-乙酰基脱去55%以上的就可称之为壳聚糖[1-4]。壳聚糖作为絮凝剂，具有天然、无毒、可降解的性质。壳聚糖的大分子链上分布着许多羟基、氨基及一些N-乙酰氨基，可在酸性溶液中形成高电荷密度的阳离子聚电解质[5-8]，也可借助氢键或离子键来形成类似网状结构的笼形分子，其分子中的氨基和氨基相邻的羟基与许多金属离子能形成稳定的螯合物，从而络合去除许多有毒有害的重金属离子[9-11]。因此，壳聚糖被认为是很有潜力的有机絮凝剂之一。
1 仪器与试剂
1.1 仪器
电子天平，循环水真空泵SHZ-DⅢ，电热恒温水箱HHW21-420。
1.2 试剂
壳聚糖(AR)，ZnSO4(AR)，EDTA(AR)，NaOH(AR)，EBT(AR)，二甲酚橙(AR)。
2 实验方法与结果
2.1 溶液的配制
精密称定EDTA 0.010 0 g，溶于100 mL容量瓶中，配成0.01%的EDTA溶液；精密称定ZnSO4 0.100 0 g，溶于1 000 mL容量瓶中，配成0.01%的ZnSO4溶液。
2.2 实验方法
2.2.1 不同pH下的吸附过程 分别量取50 mL ZnSO4溶液于5只锥形瓶中，每份各加入0.2 g壳聚糖粉末，调节溶液的pH为3、6、7.5、9、10.5搅拌吸附30 min，抽滤，其中pH为6的溶液以二甲酚橙为指示剂，滴定溶液由紫红色变为亮黄色，记录消耗的EDTA体积[12]；其他几份溶液以EBT为指示剂，滴定溶液由紫红色变为纯蓝色，记录消耗的EDTA体积。见表1。
可看出壳聚糖对Zn2+的吸附量受溶液的pH值影响较大，随着溶液pH值的升高壳聚糖对Zn2+的吸附量也增大，当pH=6时，达到最大值；然后，pH值再升高时，吸附量反而下降，这是因为Zn2+和溶液中H+对壳聚糖的吸附是相互竞争的。当溶液pH值低时，H+浓度较高，在与Zn2+的竞争吸附中占优势，H+先与壳聚糖中-NH2形成-NH3+，使Zn2+丧失了与-NH2络合的机会，当溶液pH值升高时，H+浓度降低，这时Zn2+在吸附过程中占优势，优先被壳聚糖吸附，从而吸附量增加，但溶液pH值>7.6时，Zn2+主要以Zn(OH)2形式存在，Zn2+浓度大幅减少，吸附量也随之减少。
2.2.2 不同量壳聚糖的吸附过程 分别量取50 mL ZnSO4溶液于4只锥形瓶中，依次加入0.2、0.4、0.8、1.6 g壳聚糖粉末，搅拌吸附30 min，抽滤，以二甲酚橙为指示剂，滴定溶液由紫红色变为亮黄色，记录消耗的EDTA体积。见表2。
可以看出壳聚糖量较少时，随着量的增加，壳聚糖对Zn2+的吸附量增大，壳聚糖质量为0.4 g时是最大吸附量。当壳聚糖量过大时，由于大量壳聚糖分子结合在一起，使其结构变得致密有序，金属离子难以进入壳聚糖分子中被吸附，因此吸附量降低。
2.2.3 不同时间的吸附过程 分别量取50 mL ZnSO4溶液于6只锥形瓶中，每份各加入0.2 g壳聚糖粉末，分别搅拌吸附10、20、30、60、90、120 min，抽滤，以二甲酚橙为指示剂，滴定溶液由紫红色变为亮黄色，记录消耗的EDTA体积。见表3。
从表3中可以看出，搅拌时间为 30 min时有最大吸附量，但随着时间的变化，吸附量的变化并不明显，可能是因为在30 min是吸附已趋近饱和，再延长时间，金属离子与壳聚糖的络合速度已小于解离速度，吸附量开始变小，但总体趋势变化不大。
2.2.4 不同反应温度的吸附过程 分别量取50 mL ZnSO4溶液于5只锥形瓶中，每份各加入0.2 g壳聚糖粉末，在恒温水浴振荡器温度为25℃、30℃、35℃、40℃、45℃下振荡60 min ......
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