活性炭负载壳聚糖吸附Hg2。的研究

活性炭负载壳聚糖吸附Hg2。

的研究作者：李路华，张文艳，史训立，等来源：《湖北农业科学》 2013年第5期李路华１，张文艳２，史训立１，贺会兰１，高爱舫１（１．石家庄经济学院数理学院，石家庄０５００３１；２．邢台广播电视大学法律系，河北邢台０５４０００）摘要：将脱乙酰度９４．２％的壳聚糖溶解于０．５％醋酸溶液中，配制成０．５％的壳聚糖溶液，然后按照壳聚糖与活性炭质量比１∶５０使壳聚糖负载在活性炭上，制成固体复合吸附剂，用于去除污水中汞离子（Ｈｇ２＋）。

试验表明，水中Ｈｇ２＋含量１００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ３．７、吸附时间２５ｍｉｎ、吸附剂用量为２．５ｇ／Ｌ时，水样中Ｈｇ２＋的去除率为９９．５６％，与只用活性炭吸附相比提高了１７．２２个百分点。

关键词：活性炭负载壳聚糖；汞离子；吸附中图分类号：Ｘ５２文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０13）05－1027-03在水体污染方面，重金属污染通常难以治理，其中汞污染的治理又是难中之难。

无机汞在天然水体中可被微生物转化为毒性更强的甲基汞，在生物体内大量富集后经过食物链进入人体，严重危害人体的健康。

汞金属废水的治理方法主要包括化学沉淀法、离子交换法、蒸发浓缩法、电解法、液膜法和吸附法等。

工业上多采用易于实现和性价比较高的化学沉淀法处理含汞废水，但该方法存在易引起水质硬化、易导致二次污染以及难以应用于治理流动水体等缺点。

吸附法是目前研究最热门的方法之一，壳聚糖和活性炭同属汞离子的天然吸附剂［１］。

壳聚糖学名为（１，４）２－氨基－２脱氧－β－Ｄ葡聚糖，是自然界中储量仅次于纤维素的天然高分子材料甲壳素经脱乙酰化反应后得到的产物，对人和生物无毒，在自然界中受到放射菌作用能逐步降解，是典型的环保材料。

壳聚糖分子链上存在大量的羟基和氨基，可作为良好的吸附剂用于废水中重金属离子的吸附［２－７］，但是由于壳聚糖的水溶性使其易于流失而难以成为高性能汞离子吸附剂。

活性炭是一种具有极丰富的孔隙构造的多孔状炭化物，具有良好的吸附特性，是目前使用最为广泛的一种吸附剂。

本研究以活性炭为载体，用活性炭负载壳聚糖，制成固体吸附剂，发现其对汞离子具有较好的吸附性能，与壳聚糖和活性炭相比，吸附性能得到了较大改善，稳定性得到了提高。

试验考察了不同条件下活性炭负载壳聚糖对汞离子的吸附情况，探讨了吸附条件对吸附性能的影响。

１材料与方法１．１试验材料１．１．１试剂氯仿、盐酸、硫酸（４９０ｇ／Ｌ）、乙酸（３６０ｇ／Ｌ）、乙二胺四乙酸二钠（ＥＤＴＡ，７．４５ｇ／Ｌ）、盐酸羟胺（１００ｇ／Ｌ）、双硫腙（３ｍｇ／Ｌ）、氯化汞，均为分析纯。

活性炭购自江苏省南京正森化工（活性炭）实业有限公司；壳聚糖购自国药集团化学试剂有限公司，脱乙酰度９４．２％。

１．１．２仪器ＨＪ－６六联磁力加热搅拌器，江苏金坛市金城国胜实验仪器厂；７２２型分光光度计，上海欣茂仪器有限公司；ｐＨｓ－３ｃ型精密ｐＨ计，上海精密科学仪器有限公司。

１．２试验方法１．２．１活性炭负载壳聚糖方法将壳聚糖溶解于５％的醋酸溶液中，配制成０．５％（质量分数，下同）的壳聚糖溶液，缓慢加入活性炭粉末，搅拌使之充分混匀，静置１ｈ，加热干燥，研磨粉碎过筛即可得到活性炭负载壳聚糖复合吸附剂。

１．２.２活性炭负载壳聚糖吸附汞离子条件的优化设置单因素试验分别考察活性炭与壳聚糖配比、ｐＨ、吸附时间对活性炭负载壳聚糖吸附汞离子（Ｈｇ２＋）的影响。

①活性炭与壳聚糖配比。

取１０．００ｍＬ０．５％的壳聚糖溶液分别加活性炭０．３０００、０．５０００、１．００００、２．００００、３．００００ｇ，即壳聚糖与活性炭质量比分别为１∶６、１∶１０、１∶２０、１∶４０、１∶６０，按照“１．２．１”的方法制得不同配比的吸附剂，分别准确称取上述吸附剂０．０１５０ｇ对Ｈｇ２＋溶液（０．１０００ｍｇ／ｍＬ，１００．００ｍＬ，下同）进行吸附试验。

②ｐＨ。

分别设置ｐＨ为１．５、３．０、４．０、５．０、７．０，对Ｈｇ２＋进行吸附试验。

③吸附时间。

分别设置吸附时间为１０、１５、２０、３０、４０、５０ｍｉｎ，对Ｈｇ２＋进行吸附试验。

１．２．３活性炭负载壳聚糖的吸附试验利用“１．２．１”所制复合吸附剂，按照“１．２．２”所优化条件，分别设置吸附剂用量０．０、０．５、１．０、１．５、２．０、２．５ｇ／Ｌ对Ｈｇ２＋进行吸附试验，同时以不负载壳聚糖的活性炭为对照。

１．２．４测定指标及方法用双硫腙分光光度法测定水样中Ｈｇ２＋的含量。

通过公式计算Ｈｇ２＋的吸附率及吸附量：吸附率＝［（C０－C）／C０］×１００％，吸附量＝（C０－C）ｖ／ｍ吸，其中C０为Ｈｇ２＋初始浓度，ｍｇ／ｍＬ；C为吸附后溶液中Ｈｇ２＋的浓度，ｍｇ／ｍＬ；ｍ吸为吸附剂的质量，ｇ；ｖ为溶液的体积，Ｌ。

２结果与分析２．１活性炭负载壳聚糖对Ｈｇ２＋吸附条件的优化２．１．１活性炭与壳聚糖配比对Ｈｇ２＋吸附量的影响固定ｐＨ５，吸附时间４５ｍｉｎ，考察活性炭与壳聚糖不同配比对Ｈｇ２＋吸附量的影响，结果如图１所示。

由图１可见，Ｈｇ２＋吸附量在壳聚糖和活性炭质量比小于１∶４０时吸附趋于稳定，故选取壳聚糖和活性炭质量比在１∶４０和１∶６０之间，即１∶５０的复合吸附剂进行后续吸附试验。

２．１．２ｐＨ对Ｈｇ２＋吸附量的影响溶液ｐＨ主要通过影响汞的存在形态和吸附材料的物化性质进而影响汞和吸附材料的亲和性，最终对吸附性能造成影响［８］。

选择壳聚糖和活性炭质量比为１∶５０的复合吸附剂，固定吸附时间４５ｍｉｎ，考察不同ｐＨ对Ｈｇ２＋吸附量的影响，结果如图２所示。

依据曲线走势计算可得ｐＨ１．５~３．７时Ｈｇ２＋吸附量从２６８ｍｇ／ｇ升高到３06 ｍｇ／ｇ，随ｐＨ继续升高至７，Ｈｇ２＋的吸附量逐步下降至２７６ｍｇ／ｇ。

这是因为低ｐＨ时质子的竞争吸附作用以及低ｐＨ下的静电斥力作用使得Ｈｇ吸附性能受到抑制；ｐＨ过高时，Ｈｇ会发生水解，从而影响吸附剂对Ｈｇ２＋的吸附，因此后续试验选择ｐＨ３．７。

２．１．３吸附时间对Ｈｇ２＋吸附量的影响选择壳聚糖和活性炭质量比１∶５０的复合吸附剂，在ｐＨ３．７的条件下考察吸附时间对Ｈｇ２＋吸附量的变化，结果见图３。

可见吸附时间为１０～２0 ｍｉｎ时，Ｈｇ２＋的吸附量呈上升趋势，吸附时间为２0~30 ｍｉｎ时Ｈｇ２＋的吸附量最大，依据曲线走势，计算得出25 ｍｉｎ时，吸附量最大，为410 ｍg/g，之后吸附达到平衡，故后续试验选取吸附时间为２５ｍｉｎ。

２．２活性炭负载壳聚糖与活性炭对Ｈｇ２＋吸附的比较在ｐＨ３．７、搅拌吸附２５ｍｉｎ、壳聚糖与活性炭配比为１∶５０的条件下，考察不同用量的活性炭负载壳聚糖复合吸附剂与活性炭吸附剂对Ｈｇ２＋去除率的影响，结果见图４。

由图４可知，活性炭负载壳聚糖复合吸附剂与纯活性炭吸附剂对Ｈｇ２＋的去除率随吸附剂用量的增加而增加，其最大去除率分别为９９．５６％和８２．３４％，此时吸附剂用量为２．５ｇ／Ｌ。

可见在相同的试验条件下，复合吸附剂去除汞的效率高于活性炭；另外只用活性炭去除汞的试验表明，活性炭的溶失严重。

因此活性炭负载壳聚糖作为吸附剂时，不仅提高了Ｈｇ２＋的去除率，而且解决了只用活性炭的溶失问题。

３结论１）活性炭负载壳聚糖吸附剂在ｐＨ１．５～７．０范围内，对Ｈｇ２＋有较高的吸附量（２６８～306 ｍｇ／ｇ），适用ｐＨ范围宽。

２）活性炭负载壳聚糖吸附剂对Ｈｇ２＋吸附量最高为410 ｍｇ／ｇ，与文献报道的壳聚糖衍生物所得吸附容量相近［９］，但是相比壳聚糖的改性过程该方法操作简单、环保、技术成本低。

３）吸附材料的原料来源和制备工艺是吸附剂投入实际应用必须考虑的因素［９］，试验采用活性炭负载壳聚糖复合材料的原料为两种天然吸附剂，原料环保易得。

参考文献：［１］李新贵，封皓，黄美荣．汞离子天然吸附剂［Ｊ］．化学进展，２００８，２０（２／３）：２３３－２３８．［２］陶明煊，吕丽爽．微生物絮凝剂应用现状［Ｊ］．环境监测管理与技术，２００５，１７（２）：１４－１６．［３］ＳＡＬＥＨＩＺＡＤＥＨＨ，ＶＯＳＳＯＵＧＨＩＭ，ＡＬＥＭＺＡＤＥＨＩ．Ｓｏｍｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｏｎｂｉｏｆｌｏｃｃｕｌａｎｔｐｒｏｄｕｃｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａ［Ｊ］．ＢｉｏｃｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｏｕｒｎａｌ，２０００，５（１）：３９－４４．［４］杨莹，马放，王琴．Ｃａ２＋对生物絮凝剂絮凝形态影响的研究［Ｊ］．哈尔滨商业大学学报（自然科学版），２００６，２２（６）：４１－４３．［５］张永奎，周礼，董丹，等．微生物絮凝剂评价体系实验研究［Ｊ］．水资源保护，２００７，２３（２）：８１－８３．［６］熊丽娟，杨朝晖，曾光明，等．培养基中磷酸盐在ＧＡ１所产絮凝剂絮凝中的作用研究［Ｊ］．环境科学学报，２００７，２７（７）：１１５７－１１６２．［７］田秉晖，潘纲，栾兆坤．阳离子聚电解质强化絮凝去除有机污染物的化学成因［Ｊ］．化学进展，２００７，１９（２）：２０５－２1１．［８］ＤＡＳＳＫ，ＤＡＳＡＲ，ＧＵＨＡＡＫ．Ａｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｍｅｒｃｕｒｙ oｎａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｖｅｒｓｉｃｏｌｏｒｂｉｏｍａｓｓ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎＳｃｉＴｅｃｈｎｏｌ，２００７，４１（２４）：８２８１－８２８７．［９］ＭＩＲＥＴＺＫＹＰ，ＣＩＲＥＬＬＩＡＦ．Ｈｇ（ＩＩ）ｒｅｍｏｖａｌｆｒｏｍｗａｔｅｒｂｙｃｈｉｔｏｓａｎａｎｄｃｈｉｔｏｓａｎｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ：Ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｚａｒｄｏｕｓＭａｔｅｒｉａｌｓ，２００９，１６７（１－３）：１０－２３．。