海參營(yíng)養(yǎng)素對(duì)廢水中Cu2+、Cr6+的吸附性研究

李桂香,李美狄,馮輝,呂建洲

（1.遼寧師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，遼寧大連116081；2.遼寧師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，遼寧大連116029）

海參營(yíng)養(yǎng)素對(duì)廢水中Cu2+、Cr6+的吸附性研究

李桂香1,李美狄1,馮輝2,呂建洲1

（1.遼寧師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，遼寧大連116081；2.遼寧師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，遼寧大連116029）

[目的]研究海參營(yíng)養(yǎng)素對(duì)重金屬離子的吸附性能及海參營(yíng)養(yǎng)素與木質(zhì)素磺酸鈉吸附效果的大小。[方法]采用海參營(yíng)養(yǎng)素與木質(zhì)素磺酸鈉對(duì)比法，對(duì)一定濃度的Cu2+、Cr6+溶液進(jìn)行吸附研究。[結(jié)果]在試驗(yàn)條件下，海參營(yíng)養(yǎng)素對(duì)Cu2+、Cr6+的單位吸附量分別為103.24mg/g、83.95mg/g，去除率分別為61.9%、25.2%；木質(zhì)素磺酸鈉對(duì)Cu2+、Cr6+的單位吸附量分別為92.49mg/g、41.2mg/g，去除率分別為55.5%、12.4%。[結(jié)論]海參營(yíng)養(yǎng)素對(duì)重金屬離子具有選擇吸附性且其吸附效果優(yōu)于相同條件下的木質(zhì)素磺酸鈉。

海參營(yíng)養(yǎng)素；木質(zhì)素磺酸鈉；銅離子；六價(jià)鉻離子；吸附

隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展，工業(yè)廢水中的大量重金屬使得重金屬污染形勢(shì)日益嚴(yán)峻，這些重金屬進(jìn)入水體，若不進(jìn)行有效處理，還會(huì)因?yàn)闈补嗉捌渌蚴雇寥朗艿街亟饘傥廴荆抑亟饘贂?huì)通過(guò)食物鏈在動(dòng)、植物體內(nèi)富集繼而對(duì)其生命造成嚴(yán)重的威脅。金屬銅、鉻的污染主要來(lái)自銅鋅礦及鉻礦的開(kāi)采和冶煉、金屬冶煉加工、鋼鐵生產(chǎn)、電鍍等工業(yè)廢水的排放[1]，大量的銅離子、六價(jià)鉻離子累積在人體和動(dòng)植物體內(nèi)必然會(huì)嚴(yán)重影響到人體的健康和動(dòng)植物的生長(zhǎng)，因此，對(duì)廢水進(jìn)行有效處理，使其符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)有著重要意義。工業(yè)廢水的處理方法有多種，常用水體中重金屬的治理方法有化學(xué)沉淀法、電解法、吸附法、膜分離法、離子交換法和生物法等[2]，其中吸附法的使用較為廣泛，吸附法是利用吸附劑吸附水體中重金屬的一種技術(shù)，具有較強(qiáng)的選擇吸附能力、高效的處理效果、便于回收、成本低廉等特點(diǎn)。

木質(zhì)素是一種天然高分子材料，20世紀(jì)80年代后期以來(lái)，隨著木質(zhì)素化學(xué)研究的深入，越來(lái)越多的研究表明，各種工業(yè)木質(zhì)素及其改性產(chǎn)物表現(xiàn)出良好的吸附性能[3]，不僅可以用于吸附重金屬陽(yáng)離子(如Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+、Cr6+等)，也可以用于吸附水中的陰離子、有機(jī)物（如酚類(lèi)、醇類(lèi)、碳?xì)浠衔铩Ⅺu化物等）和其他物質(zhì)（如染料、殺蟲(chóng)劑、蛋白質(zhì)等）。木質(zhì)素磺酸鈉主要從亞硫酸造紙廢液中獲取，它是一種陰離子型分散劑，無(wú)毒，在任何pH條件下皆可溶于水，表面張力大，分散性強(qiáng)。木質(zhì)素磺酸鈉中含有較多甲氧基、羥基和羰基，這些功能基團(tuán)可作為金屬離子的吸附位點(diǎn)，基團(tuán)中氧原子的未共用電子對(duì)能與金屬離子的外層空電子軌道形成配位鍵，生成螯合物，從而達(dá)到吸附金屬離子，凈化廢水效果[4]。

至今為止，我們對(duì)海參營(yíng)養(yǎng)素的研究仍停留在人類(lèi)食用及植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)的層面上[5，6]，海參營(yíng)養(yǎng)素沒(méi)有得到進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)和利用。海參營(yíng)養(yǎng)素的主要活性物質(zhì)有海參多糖（含有豐富的硫酸酯基）、海參皂苷（具有藥理活性）及海參膠原蛋白（含有大量的甘氨酸與羥脯氨酸），除此之外，還有牛磺酸、SOD及多種維生素等[6]。基于對(duì)海參營(yíng)養(yǎng)素的了解，本研究首次將海參營(yíng)養(yǎng)素作為一種重金屬離子吸附劑，用于測(cè)定海參營(yíng)養(yǎng)素對(duì)Cu2+、Cr6+的吸附性能，同時(shí)將海參營(yíng)養(yǎng)素與相同實(shí)驗(yàn)條件下的木質(zhì)素磺酸鈉進(jìn)行吸附效果的對(duì)比，為海參營(yíng)養(yǎng)素的深度研究和開(kāi)發(fā)利用作初步探索。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

海參營(yíng)養(yǎng)素（大連海晏堂生物公司）；木質(zhì)素磺酸鈉(湖北興銀河化工有限公司)；五水硫酸銅、重鉻酸鉀、濃硝酸、高氯酸均為分析純。

電子天平（FA2104B，上海平軒科學(xué)儀器有限公司）；磁力攪拌器（81—1型，江蘇省金壇市環(huán)宇科學(xué)儀器有限公司）；電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀ICP（Prodigy XP，美國(guó)利曼-徠伯斯公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 吸附實(shí)驗(yàn)

分別溶解海參營(yíng)養(yǎng)素（加20mL乙醇）和木質(zhì)素磺酸鈉配制成4mg/mL溶液，對(duì)照為4mg/mL的木質(zhì)素磺酸鈉吸附劑；再分別配制兩種濃度為1mg/mL和2mg/mL含單一重金屬離子（Cu2+或Cr6+）的溶液。各取兩份100mL濃度為4mg/mL的海參營(yíng)養(yǎng)素、木質(zhì)素磺酸鈉吸附劑，然后分別加入濃度為1mg/mL或2mg/mL含單一重金屬離子的溶液，設(shè)3組平行實(shí)驗(yàn)。在溫度為20oC，pH值為7的條件下，經(jīng)恒溫振蕩搖床30min后取上清液[7]。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定

準(zhǔn)確移取上述的上清液（必要時(shí)需過(guò)濾或離心處理）5mL，加入2mL濃硝酸和0.5mL高氯酸，置于電熱板上加熱消解，確保溶液不劇烈沸騰，緩慢加熱至近干，直至溶液顏色穩(wěn)定不變，取下冷卻。冷卻后，加入去離子水溶解并定容至25mL比色管中，然后利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP)測(cè)定上清液中銅離子和六價(jià)鉻離子的濃度[8]，最后分別計(jì)算出海參營(yíng)養(yǎng)素吸附劑及木質(zhì)素磺酸鈉吸附劑對(duì)Cu2+、Cr6+的吸附量Q和吸附率R%，計(jì)算公式[7]如下：

表1 海參營(yíng)養(yǎng)素吸附劑、木質(zhì)素磺酸鈉吸附劑對(duì)Cu2+、Cr6+的吸附量

2 結(jié)果分析

2.1 不同吸附劑的吸附性比較

在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，首先取2份100mL濃度為4mg/mL的海參營(yíng)養(yǎng)素吸附劑于250mL的錐形瓶中編號(hào)A、B，另取2份100mL的木質(zhì)素磺酸鈉吸附劑于250mL錐形瓶中編號(hào)C、D，然后向A、C中加入50mL濃度為1mg/mL的Cu2+的溶液，向B、D中加入50mL濃度為1mg/mL的Cr6+的溶液，進(jìn)行不同吸附劑對(duì)同一金屬離子的吸附對(duì)比實(shí)驗(yàn)，最后利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP)測(cè)定上清液中銅離子和六價(jià)鉻離子的殘余濃度并計(jì)算其相應(yīng)的吸附量和吸附率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可知，在相同條件下，海參營(yíng)養(yǎng)素吸附劑對(duì)Cu2+、Cr6+的吸附量和去除率皆高于木質(zhì)素磺酸鈉吸附劑。海參營(yíng)養(yǎng)素吸附劑對(duì)Cu2+、Cr6+的吸附效果較好的原因可能是海參營(yíng)養(yǎng)素很好地保存了海參營(yíng)養(yǎng)成分的生物活性，與金屬離子的親和能力較強(qiáng)，對(duì)重金屬離子具有較強(qiáng)的吸附性。液相吸附是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，不同吸附劑對(duì)同一金屬離子的吸附性能有所不同，有許多影響吸附的因素，如吸附劑本身的結(jié)構(gòu)特性、金屬離子與吸附劑親和能力的不同、金屬離子半徑的差異以及實(shí)驗(yàn)條件的控制等，這些因素都會(huì)使不同吸附劑對(duì)同一金屬離子的吸附效果存在差異性，如表2，給出了Cu2+、Cr6+的離子半徑與水化能[4]。

表2 Cu2+、Cr6+的離子半徑和水化能

2.2 海參營(yíng)養(yǎng)素吸附劑對(duì)Cu2+、Cr6+的吸附性比較

在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，首先取2份100mL濃度為4mg/mL的海參營(yíng)養(yǎng)素吸附劑于250mL錐形瓶中，然后分別加入50mL濃度均為2mg/mL含Cu2+或含Cr6+的溶液，進(jìn)行同一吸附劑對(duì)不同金屬離子吸附的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，最后利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP)測(cè)定上清液中銅離子和六價(jià)鉻離子的殘余濃度并計(jì)算其相應(yīng)的吸附量和吸附率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 海參營(yíng)養(yǎng)素吸附劑對(duì)Cu2+、Cr6+的吸附量

由表3可知，在相同的條件下，海參營(yíng)養(yǎng)素吸附劑對(duì)Cu2+的吸附量和去除率皆高于其對(duì)Cr6+的吸附量和去除率。同一吸附劑對(duì)不同重金屬離子的吸附效果存在差異性，造成這種吸附性差別的原因可能是吸附金屬離子的種類(lèi)不同，也可能是Cu2+、Cr6+本身離子半徑的差異，還可能是Cu2+、Cr6+與海參營(yíng)養(yǎng)素吸附劑親和能力的不同，如表2，給出了Cu2+、Cr6+的離子半徑與水化能。

3 結(jié)論

3.1 在相同條件下，海參營(yíng)養(yǎng)素的吸附效果優(yōu)于木質(zhì)素磺酸鈉。海參營(yíng)養(yǎng)素對(duì)Cu2+的單位吸附量為103.24mg/g，去除率為61.9%，而木質(zhì)素磺酸鈉對(duì)Cu2+的單位吸附量為92.49mg/g，去除率為55.5%；海參營(yíng)養(yǎng)素對(duì)Cr6+的單位吸附量為83.95mg/g，去除率為25.2%，而木質(zhì)素磺酸鈉對(duì)Cr6+、的單位吸附量為41.2mg/g，去除率為12.4%。

3.2 在相同條件下，海參營(yíng)養(yǎng)素對(duì)重金屬離子具有選擇吸附性。海參營(yíng)養(yǎng)素對(duì)Cu2+、Cr6+的吸附對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，海參營(yíng)養(yǎng)素對(duì)Cu2+的吸附效果較好，吸附量為94.29mg/g，去除率為56.6%。

3.3 基于本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，初次提出海參營(yíng)養(yǎng)素可以作為一種新型的重金屬吸附材料的觀點(diǎn)。海參營(yíng)養(yǎng)素在一定程度上可以吸附環(huán)境中的銅離子和六價(jià)鉻離子，對(duì)環(huán)境重金屬污染治理應(yīng)用具有廣闊的研究前景。

［1］許延娜,牛明雷,張曉云.我國(guó)重金屬污染來(lái)源及污染現(xiàn)狀概述[J].資源節(jié)約與環(huán)保.2013,(2):55.

［2］崔志新,任慶凱,艾勝書(shū).重金屬?gòu)U水處理及回收的研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2010,33(12F):375-377.

［3］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,2009,36(10):81-83.

［4］張宏.納米木質(zhì)素磺酸鈉制備及其對(duì)Cu2+、Cr6+、Pb2+的吸附性研究[D].大連,遼寧師范大學(xué),2013.

［5］李欣,程艷麗,馮輝,等.海參營(yíng)養(yǎng)素對(duì)綠豆種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J].園藝與種苗,2015(10):1-2,8.

［6］咸強(qiáng)強(qiáng).海參營(yíng)養(yǎng)素、牛磺酸納米制劑的制備對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)的影響[D].大連,遼寧師范大學(xué),2012.

［7］俞家楠,劉照斌,蘭盾,等.納米木質(zhì)素磺酸鈉的制備及其對(duì)Zn2+吸附性研究[J].環(huán)保科技，2015(4)：21-24.

［8］賈彥博,林賽君,陳美春,等.電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定東海烏參中多種金屬元素含量[J].食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào).2013(3): 929-934.

·信息·

天津南港領(lǐng)航潤(rùn)滑油項(xiàng)目完成施工審批

從天津開(kāi)發(fā)區(qū)了解到，南港工業(yè)區(qū)領(lǐng)航十萬(wàn)t潤(rùn)滑油生產(chǎn)項(xiàng)目完成施工許可證的審批工作，標(biāo)志著此項(xiàng)目開(kāi)始進(jìn)入正式施工階段。

南港領(lǐng)航十萬(wàn)t潤(rùn)滑油生產(chǎn)項(xiàng)目坐落于南港工業(yè)區(qū)倉(cāng)儲(chǔ)物流組團(tuán)，占地面積36000m2，總投資9000多萬(wàn)元，建成后形成10萬(wàn)t潤(rùn)滑油的生產(chǎn)能力，產(chǎn)品覆蓋全國(guó)各地，年產(chǎn)值6個(gè)億。

Study on adsorption of Cu2+and Cr6+by Sea cucumber nutrient

LI Gui-xiang1,LI Mei-di1,FENG Hui2,LV Jian-zhou1
（1.College of life science，Liaoning Normal University,Dalian,Liaoning 116081；2.Experiment Center,Liaoning Normal University,Dalian,Liaoning 116029)

[Objective]The aim to research the adsorption performance of the sea cucumber nutrient on heavy mental ion and the adsorption efficiency size between the Sea cucumber nutrient and the sodium lignin sulfonate. [Method]The sea cucumber nutrient and the sodium lignin sulfonate were used in experiment and their adsorption performance on Cu2+and Cr6+were compared.[Result]Under experiment condition,the unit adsorption capacity of Cu2+and Cr6+by the Sea cucumber nutrient was found to be 103.24 and 83.95mg/g,the removal rate of Cu2+and Cr6+was 61.9 and 25.2%;the unit adsorption capacity of Cu2+and Cr6+by the sodium lignin sulfonate was found to be 92. 49 and 41.2mg/g,the removal rate of Cu2+and Cr6+was 55.5 and 12.4%.[Conclusion]The sea cucumber nutrient has selective adsorption on heavy mental ion,and under the same condition,the adsorption efficiency of the sea cucumber nutrient is better than that of the sodium lignin sulfonate.

sea cucumber nutrient;sodium lignin sulfonate;Cu2+;Cr6+;adsorption

10.3969/j.issn.1008-1267.2016.06.003

X703

A

1008-1267（2016）06-0006-03

2016-06-30

國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“基于生物技術(shù)與現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)的城市污泥資源化利用研究（201510165021）”

李桂香（1992-）女，漢族，廣西南寧人，本科，研究方向?yàn)榄h(huán)境科學(xué)