磁性殼聚糖材料對重金屬離子的吸附作用

韓梅，韓艷爽，孫鳴謙，賀龍亭，賀景軒，畢韶丹

磁性殼聚糖材料對重金屬離子的吸附作用

韓梅，韓艷爽，孫鳴謙，賀龍亭，賀景軒，畢韶丹

（沈陽理工大學 環境與化學工程學院，遼寧 沈陽 110159）

磁性殼聚糖材料是一種新興的水處理吸附劑，對多種重金屬離子都有優良的吸附效果，加上可磁性回收的特點，其受到了廣泛關注。綜述了磁性殼聚糖材料對銅、鉛、鉻、汞、鎳等不同重金屬離子的吸附規律，并對磁性殼聚糖材料的研究趨勢進行了展望。

磁性殼聚糖；吸附；重金屬離子

隨著我國工業的迅速發展，重金屬污染日益嚴重，其主要來源于金屬冶煉、化工生產等。重金屬離子具有毒性大、殘留時間長、不易被生物降解等特點，對動植物和人體健康有很大的危害。

重金屬處理通常有化學沉淀法、離子交換法、吸附法[1]、膜分離法、生物法等，其中吸附法由于操作簡單、成本低、治理效果好等優點被廣泛應用。本文綜述了磁性殼聚糖微球的概況及其對重金屬處理的研究現狀，并對其發展進行了展望。

1 磁性殼聚糖材料的概述

殼聚糖是一種天然的堿性多糖，主要存在于蝦蟹等動物的甲殼中，在自然界中來源廣泛。殼聚糖分子中含有大量的氨基和羥基等配位基團，對很多重金屬離子有良好的吸附作用，是一種生物相容、無毒害、可降解的吸附材料。但殼聚糖在酸性介質中易溶解，穩定性差，難于從吸附基質中分離，極大地限制了其在各個領域的應用[2]。

磁性殼聚糖材料是將殼聚糖與磁性微粒相容后，通過交聯等反應制得的一種微米級甚至納米級的吸附劑。磁性殼聚糖材料吸附污染物后，在磁場的作用下進行回收，經解吸處理，可重復利用。制備磁性殼聚糖材料的主要方法有交聯法、共沉淀法、噴霧干燥法、微凝膠模板法等。殼聚糖復合磁性物質后，不僅增加了吸附劑的分離功能，還提高了機械強度和耐酸性，擴大了吸附劑的應用范圍。

2 對重金屬離子的吸附作用

磁性殼聚糖材料可用于吸附去除水中的多種重金屬離子，主要通過鰲合作用、靜電吸附、物理吸附等作用實現去除的目的。

2.1 對銅離子的吸附

崔京京[3]等制備了磁性殼聚糖微球，研究了其對銅離子的吸附性能。結果表明，該吸附劑具有優異的吸附能力，在25 ℃、pH=6時，對250 mg·L-1的銅溶液吸附6 h可達飽和狀態。吸附符合準二級動力學模型和Langmuir模型，理論最大吸附量可達到256.62 mg·g-1，吸附劑回收再利用5次后，吸附量變化不大。傅明連[4]等以Fe3O4為磁核制備了磁性殼聚糖微球。結果表明，該微球在30 ℃、pH為5.0時，對50 mL 300 mg·L-1的銅溶液吸附24 h ，吸附量可達32.89 mg·g-1。吸附遵循 Langmuir 等溫吸附模型和擬二級吸附動力學方程。

2.2 對鉛離子的吸附

常會[5]等通過共沉淀法制備出磁性殼聚糖/氧化石墨烯吸附材料，用于吸附水體中的Pb（Ⅱ）。結果表明，室溫下Pb（Ⅱ）的質量濃度為50 mg·L-1、pH為5時，吸附90 min吸附量達60.99 mg·g-1，吸附符合擬二級動力學模型和Langmuir等溫模型，在外加磁場下，吸附劑具有較好的磁分離性能。吸附材料循環再生使用6次后，吸附量僅下降16.72%，具有優異的循環再生性能。FAN[6]等制備了磁性殼聚糖納米粒子，該吸附劑的飽和磁化強度為 33.5 emu·g-1，有很好的吸附能力和較快的吸附速率。對Pb（II）的最大吸附容量為79.24 mg·g-1，經5次循環使用顯示出極好的可重復利用性。

2.3 對鉻離子的吸附

焦林宏[7]等制備了磁性殼聚糖吸附材料用于吸附鉻離子。結果表明，該吸附劑在323 K、pH=3時，對初始質量濃度30 mg·L-1的鉻（Ⅵ）溶液吸附 80 min，去除率可達 95%以上，吸附遵循準二級動力學模型。馮輝霞[8]等制得復合磁性殼聚糖材料。研究表明，在15 ℃、pH為3.0時，吸附劑對鉻（Ⅵ）離子吸附6 h吸附量為47.8 mg·g-1，吸附過程符合Langmuir等溫模型和準二級動力學模型，吸附為放熱反應。吸附劑重復使用4次后，吸附量可達原來的79.1%。

2.4 對汞離子的吸附

張顯[9]等合成了磁性殼聚糖微球，考察了其對Hg2+的吸附性能。結果表明，該磁性吸附劑對Hg2+的飽和吸附量為0.83 mmol·g-1，10 min內即可達到吸附平衡，可通過外加磁場對吸附劑進行分離，該吸附劑具有良好的循環利用能力。饒琛[10]制備了磁性殼聚糖微球MCTS-g-AT，研究表明，該吸附劑對Hg（Ⅱ）的飽和吸附量為228.2 mg·g-1，吸附過程符合準二級動力學模型和Langmuir模型，吸附是自發的吸熱反應。

2.5 對其他重金屬離子的吸附

商娟[11]等制備了磁性殼聚糖吸附劑用于吸附Cd（Ⅱ）。結果表明，當pH為7.0時，對50 mL質量濃度為50.0 mg·L-1的Cd（Ⅱ）溶液吸附12 h，吸附量為42.58 mg·g-1。吸附過程符合準二級動力學模型，吸附材料再生循環使用5次后，去除率仍在80%以上，其再生性能較好。韓小茜[12]等用制備的殼聚糖磁性微球吸附Ni2+。結果表明，pH =5.0時，對 0.1 mmol·L-1Ni2+吸附60 min，平衡吸附量為 4.725 mg·g-1。所測等溫吸附數據既符合Langmuir 模型，也符合Freundlich 模型。

3 結束語

目前，磁性殼聚糖材料處理重金屬離子已經進行了許多研究，但多數還局限于實驗室規模，還有很多需要深入研究的領域。

1）磁性殼聚糖微球的制備過程中，還常用到一些有毒有害的化合物，今后應注重環保型吸附材料的研制。

2）目前，多數學者研究對一種重金屬離子的吸附性能，應加強對水體中多種重金屬的吸附研究，以及對實際廢水的吸附研究。

3）大多數磁性殼聚糖材料缺乏選擇功能，解吸后的混合物難以得到有效利用。開發具有選擇性的吸附劑，方便富集、分離和回收水體中的重金屬離子。

[1] 李海芹，王靜.重金屬廢水污染及其處理方法研究[J].中國資源綜合利用，2017，35（12）：51-52.

[2] CHAUHAN D S, SRIVASTAVA V,JOSHI P G, et al. PEG cross-linked chitosan: a biomacromolecule as corrosion inhibitor for sugar industry[J]., 2018,9:363-377.

[3] 崔京京. 磁性殼聚糖改性及其對銅離子吸附性能的研究[D].長沙：湖南大學，2016.

[4] 傅明連，高果，韓煜，等.磁性交聯殼聚糖微球對Cu2+的吸附性能研究[J].化學研究與應用，2020，32（4）：664-670.

[5] 常會，范文娟，曾成華，等.磁性殼聚糖/氧化石墨烯吸附材料的制備及其對Pb(Ⅱ)的吸附[J].冶金分析，2018，38（11）：34-42．

[6] FAN H L, ZHOU S F, JIAO W Z.Removal of heavy metal ions by magnetic chitosan nanoparticles prepared continuously via high-gravity reactive precipitation method [J].,2017,147：1192-1200.

[7] 焦林宏，王江北，陳宣漢，等.磁性殼聚糖/膨潤土的制備及其對鉻(Ⅵ)的吸附研究[J].遼寧化工，2019，48（6）：507-509．

[8] 馮輝霞，楊洋，李全珍，等.硅藻土復合磁性殼聚糖對鉻(Ⅵ)離子吸附性能[J].精細化工，2018，35（4）：668-675．

[9] 張顯，吳天星，宋小平，等.一步溶劑熱法合成磁性殼聚糖微球及其對汞離子的吸附[J].硅酸鹽學報，2015，43（8）：1143-1149.

[10] 饒琛. 磁性殼聚糖微球的制備和改性及其在食品重金屬汞檢測中的應用[D].杭州：浙江工商大學，2013.

[11] 商娟，趙軍.殼聚糖改性對磁性Fe3O4吸附去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的影響研究[J].環境污染與防治，2017，39（7）：746-751.

[12] 韓小茜，劉文華，李臻，等.功能化殼聚糖磁性微球的制備及其對Cr3+、Ni2+的吸附[J].現代化工，2017，37（4）：63-66.

Adsorption of Heavy Metal Ions by Magnetic Chitosan Materials

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（Shenyang Ligong University, Shenyang Liaoning 110159, China）

Magnetic chitosan material is a new kind of water treatment adsorbent, which has excellent adsorption effect on a variety of heavy metal ions, coupled with the characteristics of magnetic recovery, it has attracted wide attention. In this article, the adsorption law of magnetic chitosan materials to different heavy metal ions,such as copper, lead, chromium, mercury and nickel,were reviewed, and the research trends of magnetic chitosan materials was prospected.

Magnetic chitosan; Adsorption; Heavy metal ions

遼寧省大學生創新創業訓練計劃項目支持（項目編號：201910144004）。

2020-08-26

韓梅（1998-），女，遼寧省遼陽市人。

畢韶丹（1968-），女，副教授，研究方向：天然高分子材料。

TQ050.4+25

A

1004-0935（2021）01-0036-02