壳聚糖对废水中汞离子吸附作用研究

摘 要：含汞废水的去除技术是目前环境保护领域研究的热点问题。本文以高分子多糖类化合物壳聚糖为原料来处理某化工企业废水中的汞离子，考察了吸附剂浓度、吸附时间以及pH值对处理结果的影响。得出壳聚糖浓度为0.05%，吸附时间15min，pH值为5时，汞离子吸附效率最好。

关键词：壳聚糖 废水 汞离子 吸附

随着社会和经济的快速发展，化工行业也得到了突飞猛进的进步。基于目前国家对环境保护的重视，废水处理是化工企业面临的主要难题[1]。汞离子是废水中常见的有毒有害重金属离子，一旦排入外界环境，会给整个生物链带来不可逆转的危害。国家环保机构规定废水排放标准为0.05mg/L[2]。近几年，汞离子去除技术发展速度较快，包括絮凝法、沉淀法、蒸发技术等[3]。

壳聚糖是经甲壳素脱乙酰化反应的产物，作为一种高分子多糖类化合物，分子中含有大量氨基和羟基，容易与重金属离子发生络合反应，产物为絮状沉淀，经过滤操作后可以有效降低水中重金属离子含量[4-5]。然而实际操作过程中，吸附剂浓度、吸附时间和pH值均会对处理结果产生影响。

1 仪器与试剂

1.1所用仪器

原子分光光度计测量条件为负高压270V，灯电流8mA，400mL/min载气量。

1.2 实验试剂。0.02%醋酸水溶液；壳聚糖；汞离子标准储备液，某化工厂工业废水试样

2 实验过程

取某化工厂所排出的工业废水，加入壳聚糖溶液，在振荡器上充分震摇，过滤后测定吸附前后废水中汞离子浓度，计算吸附率。考察壳聚糖溶液浓度，吸附时间和pH值对废水中汞离子吸附效率的影响。

3 吸附机理

壳聚糖吸附汞离子的化学反应机理是：甲壳素经脱乙酰化反应后生成的产物是壳聚糖，壳聚糖直链分子中含有大量的氨基和羟基，在酸性水溶液中，氨基上的孤对电子容易吸附带正电荷的汞离子，通过螯合作用捕捉金属离子。壳聚糖吸附重汞离子后生成絮状的凝胶，沉淀后经过过滤步骤，可以将重金属汞离子从废水中分离出来。

4 结果与分析

4.1 标准曲线的建立。将汞离子标准溶液逐级稀释，得到浓度范围为0.01μg/L～0.5μg/L的汞离子标准溶液，按照所设定的原子分光光度计仪器条件测试不同浓度下汞离子溶液的吸光度。以汞离子浓度（μg/L）为横坐标，吸光度为纵坐标绘制标准曲线，得到方程Y=-0.0463+325.17X，R2=0.0996。

取浓度为0.1μg/L的汞离子标准溶液，重复测定5次，计算相对标准偏差，得出RSD=1.92%，说明原子分光光度计仪器的精密度良好。

4.2 吸附率计算。吸附率=（C0-C1）/C0*100%

其中，C0为废水中汞离子的初始浓度，C1为经壳聚糖吸附处理后废水中汞离子浓度。

4.3 壳聚糖溶液浓度对汞离子吸附率的影响。配制一系列不同浓度的壳聚糖醋酸水溶液，加到100mL盛有废水的锥形瓶中，放入振荡器中震摇15min，取出锥形瓶，将絮凝状物质过滤，取上层溶液，测定已经处理废水中汞离子含量，计算吸附率。

实验结果为废水中汞离子吸附率随着壳聚糖溶液浓度的增加呈现出先增加后保持平稳的趋势。溶液中壳聚糖溶液浓度越高，溶液中氨基分布越密集，捕捉汞离子的能力也相对较高。当溶液中壳聚糖浓度高于0.05%时，汞离子的吸附率基本达到平衡，再度增加壳聚糖浓度，吸附率升高趋势不明显。

4.4 时间对废水中汞离子吸附率的影响。取等量、相同的废水，加入相同浓度、体积的壳聚糖醋酸溶液，在振荡器中震摇，分别在吸附时间5min，10min，15min，20min以及30min时取出锥形瓶，将絮凝状物质过滤后测定已处理废水中汞离子含量，计算吸附率。

汞离子吸附率随着时间的延长逐渐增加，当吸附时间达到15min时，吸附过程达到平衡。由结果可以看出，壳聚糖吸附汞离子的过程，反应速度较快，在15min左右便可以达到反应终点。再度延长吸附时间，对于废水中重金属汞离子的去除来说意义不大。

4.5 pH值对废水中汞离子吸附效率的影响。将废水溶液pH值，调至2，3，4，5，6，7，8，加入等量壳聚糖溶液，在振荡器中震摇15min，取出锥形瓶，将絮凝状物质过滤，取上层溶液，测定已经处理废水中汞离子含量，计算吸附率。

结果显示，汞离子吸附率随pH值升高呈现出先增加后降低的趋势，在pH值为5时，吸附率达到最大。原因可能为壳聚糖在酸性溶液中，分子中氨基更容易吸附质子，孤对电子更容易填充重金属离子的轨道空间，进而更容易发生络合反应，吸附效率也会随之增加。

5 结论

随着社会、经济的快速发展，化工行业也得到了突飞猛进的进步，近几年我国化工企业数量明显增多。但由于化工企业的特殊性，生产废料较多，经常以废水形式向外界环境排放，为环境带来了不可逆转的危害。汞离子是废水中最常见的重金属离子之一，一旦进入机体内，容易造成中毒，嚴重者致人死亡。本文从废水中汞离子去除技术应用现状出发，选择生物多糖类高分子——壳聚糖为吸附剂来处理废水中的汞离子，考察了不同吸附剂浓度、时间以及pH值对吸附效果的影响。结果证明利用生物多糖类高分子化合物处理废水中重金属汞离子具有操作简便，处理效率高的特点。

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