O-羧甲基殼聚糖對電鍍廢水中Cr(VI)吸附性能的研究

李雯，張光華,，朱雪丹，來水利

（1.陜西科技大學教育部輕化工助劑化學與技術重點實驗室，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，來水利1

（1.陜西科技大學教育部輕化工助劑化學與技術重點實驗室，陜西 西安 710021；2.浙江溫州輕工研究院，浙江 溫州 325003）

O-羧甲基殼聚糖對六價鉻具有吸附作用。本文研究了溶液的 pH、吸附時間、溫度和 O-羧甲基殼聚糖的加入量對其吸附性能的影響。結果表明，在室溫下，pH為2，吸附時間2 h，O-羧甲基殼聚糖加入量為5 g時，其吸附性能最好，吸附率可達98%以上。

O-羧甲基殼聚糖；電鍍廢水；六價鉻；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，其中以六價鉻的危害最為嚴重[1-2]。六價鉻可通過消化、呼吸道、皮膚及黏膜侵入人體，且易被人體吸收。國家排放標準即 GB 21900–2008《電鍍污染物排放標準》規定的現有企業電鍍廢水中 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，或因處理費用昂貴而使其應用受到了限制。用價廉、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展前途的方法[3]。

殼聚糖是甲殼素經化學方法處理脫乙酰基后的產物，是一種天然的陽離子聚合物。它無毒、無害，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前研究的熱點[4-5]。本文以殼聚糖為原料制得了O-羧甲基殼聚糖，研究了其對電鍍廢水中六價鉻的吸附性能。

2 實驗

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%，工業級)。某廠電鍍車間鍍鉻廢水，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恒溫搖床，上海智城分析儀器公司；PB-21型酸度計，賽多利斯科學儀器(北京)有限公司；TDL-40B離心機，上海安亭科學儀器廠；722S可見分光光度計，上海精密科學儀器有限公司。

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內分次加入18 g氯乙酸，35 °C下攪拌反應4 h。結束后加入60 mL水，用醋酸調節pH至7，抽濾后用甲醇及無水乙醇各洗滌一次，然后在60 °C下烘干[6-8]。

2. 3 吸附率的測定方法

在50 mL電鍍廢水樣品中加入O-羧甲基殼聚糖，調節 pH，然后將其置于恒溫振蕩器上，以 100 r/min的轉速控溫吸附。吸附結束后用二苯基碳酰二肼分光光度法測定其光度值，參照六價鉻標準曲線確定其濃度，采用式(1)計算吸附率。

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

3 結果與討論

3. 1 pH對吸附性能的影響

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

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

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

3. 2 吸附時間對性能的影響

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)的吸附率與時間的關系如圖2所示。

圖2 時間與Cr(VI)吸附率的關系Figure 2 Relationship between time and adsorption rate of Cr(VI)

由圖2可見，開始時吸附速度較快，吸附率上升明顯，這可能是由于吸附開始時有部分─NH2和─COO?與Cr(VI)發生配合反應而造成的。80 min后吸附率接近90%，160 min后吸附率達到98%以上。為了使吸附完全，選擇吸附時間為160 min為宜。

3. 3 投加量對吸附性能的影響

在30 °C，pH為2，吸附時間為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系見圖3。

圖3 O-羧甲基殼聚糖加入量與Cr(VI)吸附率的關系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，但當其加入量大于 4 g時，Cr(VI)的吸附率增加緩慢，加入量達到5 g后基本不變。因此，O-羧甲基殼聚糖加入量以5 g最佳，此時吸附率可達98%。

3. 4 溫度對吸附性能的影響

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

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

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

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，烘干后可循環使用。經測定，Cr(VI)脫附率達97%以上。

4 結語

以O-羧甲基殼聚糖為吸附劑對實際電鍍廢水中的六價鉻吸附性能進行了研究，常規條件下吸附率為98%。處理后廢水中的Cr(VI)濃度為3.51 mg/L，再經活性炭柱處理后，水中的Cr(VI)濃度為0.36 mg/L，達到GB 21900–2008對現有企業的排放限值要求。

殼聚糖來源豐富，無毒無味，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，工藝簡單，節能環保。

[1] 王亞東, 張林生. 電鍍廢水處理技術的研究進展[J]. 安全與環境工程, 2008, 15 (3): 69-72.

[2] 朱靖, 張瑤. 電鍍廢水綜合治理技術及應用[J]. 水處理技術, 2008, 34 (6): 89-91.

[3] 程永華, 閆永勝, 王智博, 等. 殼聚糖高效吸附處理含鉻廢水的研究[J].華中科技大學學報(城市科學版), 2005, 22 (4): 51-53.

[4] 蔣挺大. 殼聚糖[M]. 北京: 化學工業出版社, 2001.

[5] 唐星華, 陳孝娥, 萬詩貴. 殼聚糖及其衍生物在水處理中的研究和應用進展[J]. 水處理技術, 2005, 31 (11): 12-15.

[6] 張貴芹, 趙麗瑞, 劉滿英. O-羧甲基殼聚糖的制備及波譜分析[J]. 光譜實驗室, 2006, 23 (4): 658-661.

[7] 吳友吉, 宋慶平, 李慶海. 高取代度羧甲基殼聚糖的制備[J]. 合成化學, 2006, 14 (5): 506-509.

[8] 黃增尉, 周澤廣. 交聯殼聚糖處理電鍍廢水中鉻(VI)的研究[J]. 廣西民族大學學報(自然科學版), 2006, 12 (4): 100-103.

[ 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

浙江溫州市科技計劃項目（H20070015）。

李雯（1985–），女，陜西咸陽人，碩士研究生，研究方向為功能高分子材料。

(E-mail) liwen8505@163.com。