殼聚糖對廢水中汞離子吸附作用研究

羅楊

摘 要：含汞廢水的去除技術是目前環境保護領域研究的熱點問題。本文以高分子多糖類化合物殼聚糖為原料來處理某化工企業廢水中的汞離子，考察了吸附劑濃度、吸附時間以及pH值對處理結果的影響。得出殼聚糖濃度為0.05%，吸附時間15min，pH值為5時，汞離子吸附效率最好。

關鍵詞：殼聚糖 廢水 汞離子 吸附

隨著社會和經濟的快速發展，化工行業也得到了突飛猛進的進步。基于目前國家對環境保護的重視，廢水處理是化工企業面臨的主要難題[1]。汞離子是廢水中常見的有毒有害重金屬離子，一旦排入外界環境，會給整個生物鏈帶來不可逆轉的危害。國家環保機構規定廢水排放標準為0.05mg/L[2]。近幾年，汞離子去除技術發展速度較快，包括絮凝法、沉淀法、蒸發技術等[3]。

殼聚糖是經甲殼素脫乙酰化反應的產物，作為一種高分子多糖類化合物，分子中含有大量氨基和羥基，容易與重金屬離子發生絡合反應，產物為絮狀沉淀，經過濾操作后可以有效降低水中重金屬離子含量[4-5]。然而實際操作過程中，吸附劑濃度、吸附時間和pH值均會對處理結果產生影響。

1 儀器與試劑

1.1所用儀器

原子分光光度計測量條件為負高壓270V，燈電流8mA，400mL/min載氣量。

1.2 實驗試劑。0.02%醋酸水溶液；殼聚糖；汞離子標準儲備液，某化工廠工業廢水試樣

2 實驗過程

取某化工廠所排出的工業廢水，加入殼聚糖溶液，在振蕩器上充分震搖，過濾后測定吸附前后廢水中汞離子濃度，計算吸附率。考察殼聚糖溶液濃度，吸附時間和pH值對廢水中汞離子吸附效率的影響。

3 吸附機理

殼聚糖吸附汞離子的化學反應機理是：甲殼素經脫乙酰化反應后生成的產物是殼聚糖，殼聚糖直鏈分子中含有大量的氨基和羥基，在酸性水溶液中，氨基上的孤對電子容易吸附帶正電荷的汞離子，通過螯合作用捕捉金屬離子。殼聚糖吸附重汞離子后生成絮狀的凝膠，沉淀后經過過濾步驟，可以將重金屬汞離子從廢水中分離出來。

4 結果與分析

4.1 標準曲線的建立。將汞離子標準溶液逐級稀釋，得到濃度范圍為0.01μg/L～0.5μg/L的汞離子標準溶液，按照所設定的原子分光光度計儀器條件測試不同濃度下汞離子溶液的吸光度。以汞離子濃度（μg/L）為橫坐標，吸光度為縱坐標繪制標準曲線，得到方程Y=-0.0463+325.17X，R2=0.0996。

取濃度為0.1μg/L的汞離子標準溶液，重復測定5次，計算相對標準偏差，得出RSD=1.92%，說明原子分光光度計儀器的精密度良好。

4.2 吸附率計算。吸附率=（C0-C1）/C0*100%

其中，C0為廢水中汞離子的初始濃度，C1為經殼聚糖吸附處理后廢水中汞離子濃度。

4.3 殼聚糖溶液濃度對汞離子吸附率的影響。配制一系列不同濃度的殼聚糖醋酸水溶液，加到100mL盛有廢水的錐形瓶中，放入振蕩器中震搖15min，取出錐形瓶，將絮凝狀物質過濾，取上層溶液，測定已經處理廢水中汞離子含量，計算吸附率。

實驗結果為廢水中汞離子吸附率隨著殼聚糖溶液濃度的增加呈現出先增加后保持平穩的趨勢。溶液中殼聚糖溶液濃度越高，溶液中氨基分布越密集，捕捉汞離子的能力也相對較高。當溶液中殼聚糖濃度高于0.05%時，汞離子的吸附率基本達到平衡，再度增加殼聚糖濃度，吸附率升高趨勢不明顯。

4.4 時間對廢水中汞離子吸附率的影響。取等量、相同的廢水，加入相同濃度、體積的殼聚糖醋酸溶液，在振蕩器中震搖，分別在吸附時間5min，10min，15min，20min以及30min時取出錐形瓶，將絮凝狀物質過濾后測定已處理廢水中汞離子含量，計算吸附率。

汞離子吸附率隨著時間的延長逐漸增加，當吸附時間達到15min時，吸附過程達到平衡。由結果可以看出，殼聚糖吸附汞離子的過程，反應速度較快，在15min左右便可以達到反應終點。再度延長吸附時間，對于廢水中重金屬汞離子的去除來說意義不大。

4.5 pH值對廢水中汞離子吸附效率的影響。將廢水溶液pH值，調至2，3，4，5，6，7，8，加入等量殼聚糖溶液，在振蕩器中震搖15min，取出錐形瓶，將絮凝狀物質過濾，取上層溶液，測定已經處理廢水中汞離子含量，計算吸附率。

結果顯示，汞離子吸附率隨pH值升高呈現出先增加后降低的趨勢，在pH值為5時，吸附率達到最大。原因可能為殼聚糖在酸性溶液中，分子中氨基更容易吸附質子，孤對電子更容易填充重金屬離子的軌道空間，進而更容易發生絡合反應，吸附效率也會隨之增加。

5 結論

隨著社會、經濟的快速發展，化工行業也得到了突飛猛進的進步，近幾年我國化工企業數量明顯增多。但由于化工企業的特殊性，生產廢料較多，經常以廢水形式向外界環境排放，為環境帶來了不可逆轉的危害。汞離子是廢水中最常見的重金屬離子之一，一旦進入機體內，容易造成中毒，嚴重者致人死亡。本文從廢水中汞離子去除技術應用現狀出發，選擇生物多糖類高分子——殼聚糖為吸附劑來處理廢水中的汞離子，考察了不同吸附劑濃度、時間以及pH值對吸附效果的影響。結果證明利用生物多糖類高分子化合物處理廢水中重金屬汞離子具有操作簡便，處理效率高的特點。