邱 舒，蔣 艷，王 鳳

（鎮(zhèn)江高等?？茖W(xué)校 化工系，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

0 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)過(guò)程中排放的有害重金屬離子和染料廢水日益增加，如何尋找較為廉價(jià)的廢水凈化材料，有效處理其中的有害成分已成為當(dāng)前環(huán)境保護(hù)中亟待解決的問(wèn)題之一。目前，處理重金屬離子和染料廢水行之有效的方法是吸附法，其中使用較多的吸附劑是粒狀活性炭、活性硅藻土、樹(shù)脂等。活性炭是大部分重金屬離子和染料最好的吸附劑，但它再生困難，使用成本高，應(yīng)用時(shí)受到一定程度的限制。殼聚糖作為一種天然無(wú)毒高分子物質(zhì)，具有較好的生物相溶性和吸附作用，用于廢水處理優(yōu)勢(shì)明顯［1-3］。殼聚糖的吸附性能與其自身形態(tài)有關(guān)，目前主要以粒狀、片狀為主。多孔膜的高比表面積和強(qiáng)吸附性能使得人們開(kāi)始重視殼聚糠功能膜的研究和應(yīng)用［3-5］。筆者以瓊膠粒子作致孔劑，通過(guò)溶出法制備多孔殼聚糖功能膜，研究該功能膜的溶脹性、滲透性，并與殼聚糖-瓊膠共混膜進(jìn)行比較。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

1）試劑：91％的殼聚糖粉末；瓊膠粉末（粒徑≤200μm）；分析純級(jí)氯化銅、環(huán)氧氯丙烷。

2）儀器：XL30-ESEM環(huán)境掃描電子顯微鏡（日本）；Nicolet Nexus 470型傅立葉變換紅外光譜儀（美國(guó)BIO-RAD公司）；TU-1201紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（北京譜析通用儀器有限責(zé)任公司）；DDS-307電導(dǎo)率儀（上海雷磁儀器廠）；pHS-3C精密pH計(jì)（上海雷磁儀器廠）；恒溫水浴鍋（北京市醫(yī)療設(shè)備總廠）。

1.2 多孔殼聚糖功能膜和殼聚糖-瓊膠混合膜的制備

1）配置殼聚糖-醋酸溶液。將稱量好的殼聚糖粉末在強(qiáng)力攪拌條件下，緩緩倒入5％的醋酸水溶液中。放入真空條件下抽出空氣，直至該混合溶液中無(wú)明顯氣泡，并且瓊脂顆粒均勻分布在溶液中。

2）成膜。注射進(jìn)入模型中，在自然狀態(tài)下延流定形。50℃下緩慢蒸干水分。

3）脫模。在5％的氫氧化鈉溶液中浸泡30min以上，用鑷子小心取出，蒸餾水浸泡2h，檢查蒸餾水的pH值。反復(fù)多次，直至洗成中性。

4）熱處理及改性處理。在沸水中煮沸240min，取出后與環(huán)氧氯丙烷在氮?dú)鈼l件下反應(yīng)240min。取出，真空條件下30℃干燥。

CS，PCS-1，PCS-2，PCS-3，PCS-4分別代表每類膜制備過(guò)程中所加瓊膠的質(zhì)量比例為0％，5％，10％，30％，50％。

殼聚糖-瓊膠共混膜（CS-AG）的制備［6］：用4％瓊膠溶液代替瓊膠顆粒，瓊膠與殼聚糖的質(zhì)量比例以及實(shí)驗(yàn)步驟完全與上述制備過(guò)程相同。

1.3 膜的FT-IR分析

采用固體KBr壓片法，將殼聚糖膜（CS）、瓊膠膜（AG）、多孔殼聚糖功能膜（PCS）和殼聚糖-瓊膠共混膜（CS-AG）壓制成透明薄片，進(jìn)行FT-IR分析。

1.4 膜的SEM分析

各種膜處理后用XL30-ESEM掃描電鏡觀察。

1.5 膜的吸水率測(cè)定

將一定面積的膜浸于雙蒸餾水中，浸泡24h后，用濾紙吸去表面多余水分，稱重（M1），然后將膜置于烘箱中干燥至恒重，取出后稱重（M0），計(jì)算吸水率，

1.6 膜的滲透性研究

恒定溫度下，將殼聚糖功能膜緊固在雙室滲透裝置上（見(jiàn)圖1），膜的左邊是0.1mol/L的KCl溶液，右邊是雙蒸餾水，每隔一定時(shí)間用電導(dǎo)率儀測(cè)量、記錄雙蒸餾水一側(cè)電導(dǎo)率數(shù)值。

圖1 膜的雙室滲透裝置圖

2 結(jié)果與討論

2.1 膜的FT-IR分析

如圖2所示，PCS與CS在紅外光譜圖上大體相同，說(shuō)明PCS膜已經(jīng)基本除去致孔劑瓊脂，所以并沒(méi)有出現(xiàn)瓊膠的特征吸收峰，而CS-AG在930cm-1處有一個(gè)特征吸收峰，該吸收峰為瓊脂的特征峰υs（環(huán)）（3，6-脫水半乳糖），說(shuō)明殼聚糖-瓊膠共混膜中有瓊脂物質(zhì)存在。

2.2 膜的SEM分析

圖3為純殼聚糖膜、殼聚糖-瓊膠共混膜、不同比例致孔劑下的多孔殼聚糖功能膜的掃描電鏡圖（SEM）。純殼聚糖膜和殼聚糖-瓊膠共混膜（見(jiàn)圖3（a）和圖3（b））表面均勻光滑，多孔殼聚糖功能膜表面空腔數(shù)量隨著瓊脂質(zhì)量的增加而增加（見(jiàn)圖3（c）和圖3（d）），但深度不是太大，這可能是致孔劑瓊膠在相轉(zhuǎn)化后，緩慢從殼聚糖膜中溶出，并造成膜局部坍塌的緣故。

2.3 膜的吸水率

圖4表明了殼聚糖-瓊膠共混膜和多孔殼聚糖功能膜的吸水率與膜中瓊膠含量的關(guān)系。有趣的是，兩種膜吸水率隨膜中瓊膠含量的變化有相似之處，即隨瓊膠含量的增加，先逐漸增大，達(dá)到最大值后，再逐漸減小。不過(guò)，殼聚糖-瓊膠共混膜吸水率減小的程度明顯大于多孔殼聚糖功能膜。對(duì)比瓊膠含量相同的殼聚糖-瓊膠共混膜和多孔殼聚糖功能膜的吸水率，可以發(fā)現(xiàn)，殼聚糖-瓊膠共混膜的吸水率比多孔殼聚糖功能膜大，這可能是由于瓊膠有較強(qiáng)的親水性，它與殼聚糖混合后可以提高膜的吸水率。

圖2 殼聚糖膜（CS）、瓊膠膜（AG）、多孔殼聚糖功能膜（PCS）和殼聚糖-瓊膠共混膜（CS-AG）紅外光譜圖

圖3 純殼聚糖膜（a）、殼聚糖-瓊膠共混膜（b）、多孔殼聚糖功能膜（10％瓊脂）（c）和多孔殼聚糖功能膜（40％瓊脂）（d）的電鏡掃描圖

2.4 各種膜對(duì)KCl的滲透性

為了能將實(shí)驗(yàn)制備的多孔殼聚糖功能膜應(yīng)用于廢水處理工程，筆者用電導(dǎo)法研究了殼聚糖膜（CS）、殼聚糖-瓊膠共混膜（CSAG-3）和多孔殼聚糖功能膜（PCS-3）對(duì)小分子KCl的滲透性，結(jié)果見(jiàn)圖5。小分子KCl可以滲透通過(guò)殼聚糖膜，用電導(dǎo)率儀監(jiān)測(cè)水一側(cè)電導(dǎo)率的變化，可以很好地反映膜的滲透速率，為此，筆者用電導(dǎo)率對(duì)時(shí)間作圖得到的線性方程的斜率來(lái)反映離子滲透速率。由圖5可以看出，在100min內(nèi)，殼聚糖-瓊膠共混膜的滲透速率為0.46mS·（cm·min）-1，比殼聚糖膜的滲透速率（0.19mS·（cm·min）-1）增加了1倍多，但2種膜都還沒(méi)有達(dá)到滲透平衡。多孔殼聚糖功能膜的滲透速率在前100min內(nèi)并不均等，在前10min內(nèi)滲透速率達(dá)到8.16mS·（cm·min）-1，約是殼聚糖膜的43倍；在大約30min時(shí)，滲透速率降為1.04mS·（cm·min）-1，可以推測(cè)，到100min時(shí)該膜也未達(dá)到滲透平衡。以上數(shù)據(jù)表明，相對(duì)于殼聚糖膜和殼聚糖-瓊膠共混膜而言，多孔殼聚糖功能膜的滲透速率提高顯著。

圖4 各種殼聚糖瓊膠混合膜（CS-AG）和多孔殼聚糖功能膜（PCS）的吸水率

3 結(jié)論

圖5 PCS-3（多孔殼聚糖功能膜）、CSAG-3（殼聚糖-瓊膠共混膜）、CS（殼聚糖膜）的KCl滲透時(shí)間曲線

以固體瓊膠粉末為致孔劑，制備出多孔殼聚糖功能膜，通過(guò)紅外光譜和電鏡掃描對(duì)其形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，研究了該功能膜的吸水性、滲透性。研究結(jié)果表明，多孔殼聚糖功能膜吸水性不如殼聚糖-瓊膠共混膜，小分子的滲透性能明顯優(yōu)于殼聚糖-瓊膠共混膜。

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