殼聚糖基吸附劑在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

馬洪宇，馮學(xué)彪，范俊杰，尹佳琦，畢韶丹

殼聚糖基吸附劑在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

馬洪宇，馮學(xué)彪，范俊杰，尹佳琦，畢韶丹

（沈陽理工大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110159）

殼聚糖是來源豐富的天然高分子化合物，其分子上大量的氨基和羥基對重金屬、有機(jī)物等都有很好的吸附作用。殼聚糖經(jīng)改性或復(fù)合形成的殼聚糖基吸附劑，在機(jī)械強(qiáng)度、吸附性能等方面都有明顯提高，在廢水處理領(lǐng)域得到廣泛的研究和應(yīng)用。綜述了殼聚糖基吸附劑在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用和成效。

殼聚糖基吸附劑；工業(yè)廢水；吸附

隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的種類與數(shù)量日益增加，在改善人民生活、提高企業(yè)效益的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量的各類工業(yè)廢水，對水體的污染日趨廣泛和嚴(yán)重，威脅著人類的健康和安全，因此工業(yè)廢水處理已成為環(huán)境保護(hù)亟待解決的問題。目前處理工業(yè)廢水的方法有生物處理法、膜分離法、吸附法、離子交換法等，吸附法以其設(shè)備簡單、成本低、效率高、環(huán)境友好而被廣泛應(yīng)用[1]。本文介紹了殼聚糖基吸附劑的研究現(xiàn)狀以及在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用。

1 殼聚糖基吸附劑

殼聚糖是由蝦蟹殼等制得的天然高分子化合物，具有無毒、可降解、生物相容等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的綠色水處理新材料，獲得了廣泛的關(guān)注和研究。殼聚糖由于本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在單獨(dú)使用時(shí)有易酸溶、不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，使其推廣和應(yīng)用受到限制。目前常采用對殼聚糖進(jìn)行改性和復(fù)合的方式改良其性能，得到的殼聚糖基吸附劑在機(jī)械強(qiáng)度、吸附能力、吸附選擇性上都有很大提高，在工業(yè)廢水處理中得到廣泛的應(yīng)用。

2 殼聚糖基吸附劑處理各種工業(yè)廢水

2.1 處理重金屬廢水

殼聚糖基吸附劑對很多重金屬離子都有吸附作用，且有較寬的離子濃度適用范圍。盧文靜等[2]制備了銅印跡交聯(lián)殼聚糖微球，吸附水體中的Cu2+。結(jié)果表明，在25 ℃、pH=5.0，該微球?qū)?00 mg·L-1的銅溶液吸附24 h，吸附量可達(dá)到95.0 mg·g-1，吸附過程符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型和Langmuir等溫模型，是放熱的自發(fā)過程。當(dāng)Cd2+、Zn2+、Pb2+分別與Cu2+共存時(shí)，該微球?qū)u2+的吸附選擇系數(shù)均大于28.7，離子選擇性極高；吸附劑經(jīng)過5次循環(huán)使用后，對Cu2+的吸附率仍達(dá)到 96.8%，材料的重復(fù)利用性和穩(wěn)定性好。羅道成等[3]制備了改性殼聚糖，用于吸附電鍍廢水中的Pb2+、Cu2+、Zn2+、Ni2+等重金屬離子。結(jié)果表明，在25 ℃、pH=4時(shí)，濃度為30 mg·L-1的Cu2+、Pb2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+溶液，經(jīng)改性殼聚糖處理2 h后，除去率均達(dá)97%以上。

2.2 處理印染廢水

印染廢水中含有大量的有機(jī)染料，色度高，堿度強(qiáng)，殼聚糖基吸附劑對具有酸性基團(tuán)的染料分子都有很好的去除能力。陳思江等[4]用制備的殼聚 糖/Fe3O4吸附水體中的茜素紅S。結(jié)果表明，在313 K、300 min內(nèi)，吸附劑對茜素紅S的最大吸附容量可達(dá)976.3 mg·g-1，過程屬于單分子層的化學(xué)吸附，經(jīng)過5次吸附和解吸循環(huán)后，吸附劑對茜素紅S的吸附容量仍然可達(dá)416.2 mg·g-1。林丹等[5]合成了羧甲基纖維素/殼聚糖/丙烯酸吸附劑，用于對亞甲基藍(lán)染料的吸附。結(jié)果表明，25 ℃、投加量0.05 g，對100 mL濃度為1 000 mg·L-1亞甲基藍(lán)染料吸附4 h達(dá)到平衡，吸附量達(dá)1 628.57 mg·g-1，吸附行為符合Langmuir等溫模型和準(zhǔn)二級動力學(xué)模型。

2.3 處理含酚廢水

含酚廢水來源廣、難降解、毒性大，近年很多研究表明，改性殼聚糖對酚有良好的吸附性能。唐澤恒等[6]制備了β-環(huán)糊精/磁性殼聚糖分子印跡復(fù)合吸附劑，用于去除水體中的雙酚A。結(jié)果表明，在pH為6.0、質(zhì)量濃度為200 mg·L-1、離子強(qiáng)度為20 mmol·L-1、吸附60 min時(shí)，該吸附劑的最大吸附量為62.8 mg·g-1。吸附行為符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型和朗格繆爾等溫模型。冷寶林等[7]制備了殼聚糖改性凹凸棒土吸附劑，用于處理廢水中的苯酚。結(jié)果表明，30 ℃、pH = 6.5、吸附劑用量2 g·25 mL-1、苯酚初始濃度30 mg·L-1、吸附50 min時(shí)，廢水中苯酚的去除率達(dá)89.0%，吸附符合Freundlich等溫方程，為非均質(zhì)的放熱吸附過程。

2.4 處理放射性廢水

水體中鈾、釷等放射性污染對人體和環(huán)境非常有害。利用殼聚糖基吸附劑處理放射性廢水的研究越來越多，取得了較好的效果。黎釗等[8]制備了交聯(lián)殼聚糖/納米鐵復(fù)合膜，用于處理含鈾廢水。結(jié)果表明，298 K、pH=5時(shí)，復(fù)合膜對100 mg·L-1濃度U(Ⅵ)的飽和吸附量為208.8 mg·g-1。吸附符合朗格繆爾等溫模型和擬二級動力學(xué)模型，是化學(xué)吸附為主的過程。黃志偉等[9]制備氨基化改性磁性殼聚糖樹脂，用于吸附水體中的UO22+。結(jié)果表明，在25 ℃、pH 5.0時(shí)，樹脂對UO22+的最大吸附容量達(dá)166.6 mg·g-1，吸附符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型和 Langmuir 等溫模型，吸附為吸熱的自發(fā)過程。該樹脂經(jīng)吸附-脫附循環(huán)使用5次，吸附量可達(dá)原來的90.5%。

2.5 處理造紙廢水

造紙廢水中有機(jī)污染物含量高，堿度大，處理難度較高，新開發(fā)的殼聚糖基處理劑對其進(jìn)行處理，效果較好。張萬友等[10]制備了磁性Fe3O4/殼聚糖復(fù)合微球，探究了其對造紙廢水 COD 去除率的影響。結(jié)果表明，在 pH=8、攪拌速度 120 r·min-1、微球投加量 6 mg·L-1、吸附8 h條件下，COD 去除率可達(dá)到 83.38%。程建華［11］合成了殼聚糖接枝丙烯酰胺材料，應(yīng)用于造紙廢水處理，對COD 的去除率達(dá)到52.0%，濁度去除率達(dá)到90%以上，且pH適用范圍較廣。

3 結(jié)束語

殼聚糖基吸附劑作為綠色的水處理新材料，在各類水處理中顯示出優(yōu)越的性能。殼聚糖基吸附劑不僅可自然降解，不帶來二次污染，還克服了單獨(dú)使用時(shí)的缺點(diǎn)，提高了對各種重金屬離子、染料等污染物的吸附性能，具有可重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)。但是在很多方面還有待提高和改善，如增加吸附劑的選擇性，以選擇性吸附和分離目標(biāo)污染物；增加磁性等可分離性功能，以實(shí)現(xiàn)動態(tài)吸附分離；調(diào)節(jié)固體表面特性，以提高吸附劑的吸附能力；加強(qiáng)動態(tài)吸附穩(wěn)定性的研究，以盡快投入到實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中等。相信隨著對殼聚糖基吸附劑更加深入的研究，會開發(fā)出更多性能優(yōu)良的新產(chǎn)品，有更加廣闊的應(yīng)用前景。

［1］貝利平，單寶田，唐洪杰，等. 殼聚糖的改性及其在重金屬吸附方面的應(yīng)用[J]. 海洋科學(xué)，2010，34（6）：100-103.

［2］盧文靜，雷超，萬俊力，等. Cu2+印跡交聯(lián)殼聚糖微球制備及其對水中Cu2+的吸附研究[J]. 水處理技術(shù)，2018，44（6）：65-70.

［3］羅道成，易平貴，劉俊峰，等. 改性殼聚糖對電鍍廢水中重金屬離子的吸附[J]. 材料保護(hù)，2002，35（1）：11-12.

［4］陳思江，龍鳳俠，余沁金，等. 殼聚糖/Fe3O4的制備及對茜素紅S吸附的研究[J]. 硅酸鹽通報(bào)，2018，37（11）：3379-3385.

［5］林丹，趙斌，鞏莉. 羧甲基纖維素/殼聚糖/丙烯酸水凝膠對亞甲基藍(lán)染料吸附性能的研究[J]. 企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2016，35（15）：174-176.

［6］唐澤恒．β-環(huán)糊精/磁性殼聚糖分子印跡復(fù)合材料去除水體中雙酚A的研究［D］．長沙：湖南大學(xué)，2017.

［7］冷寶林，頡林，夏德強(qiáng). CTS-ATP對含酚廢水處理效果的研究[J].中國建材科技，2014（5）：81-83+86.

［8］黎釗，金解云，王云，等.三聚磷酸鈉交聯(lián)殼聚糖/納米FeO復(fù)合膜對U(Ⅵ)的吸附特性[J].原子能科學(xué)技術(shù)，2017，51（9）：1564-1570.

［9］黃志偉，周利民，黃國林，等. 氨基化改性殼聚糖磁性樹脂的原位制備及其對UO22+的吸附性能[J]. 高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào)，2016，30（3）：716-722.

［10］張萬友，米天朋，龐香蕊，等. 磁性 Fe3O4/殼聚糖復(fù)合微球處理造紙廢水實(shí)驗(yàn)研究[J]. 工業(yè)水處理，2014，34（06）：36-39.

［11］程建華. 殼聚糖接枝高分子絮凝劑制備及處理造紙廢水研究[J]. 廣東化工，2009，36（8）：146－152．

Application of Chitosan-based Adsorbents in Industrial Wastewater Treatment

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（School of Environment and Chemical Engineering, Shenyang Ligong University, Shenyang Liaoning 110159, China）

Chitosan is a natural polymer compound with abundant sources,and a large number of amino and hydroxyl groups on its molecules have good adsorption on heave metals,organic matter and so on.Chitosan-based adsorbents are formed by modifying or compounding chitosan,so their mechanical strengthandadsorption can been significantly improved,and chitosan-based adsorbents have been widely studied and applied in the area of wastewater treatment.In this paper,the application and effectiveness of chitosan-based adsorbents in industrial wastewater treatment were reviewed.

Chitosan-based adsorbents; Wastewater ; Adsorption

遼寧省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目支持（項(xiàng)目編號：201810144054）。

2020-03-14

馬洪宇（1998-），女，遼寧省葫蘆島市人。

畢韶丹（1968-），女，副教授，碩士，從事天然高分子材料研究。

X703.5

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1004-0935（2020）07-0872-02