尚秀麗 夏德強 索隴寧 本連芳（蘭州石化職業(yè)技術學院，甘肅 蘭州 730060）

隨著新材料和高新技術的不斷發(fā)展，金屬鎳被廣泛應用于電鍍、催化、電池以及功能材料等領域[1-3]。鎳的大量使用不僅加快了鎳資源的消耗也對生態(tài)環(huán)境造成嚴重污染，長期飲用被鎳污染的水和食物會引發(fā)鼻癌、肺癌、白血病、心肌梗塞、中風和尿毒癥等疾病[4]。目前處理含鎳廢水的主要方法有生物法、離子交換法、化學沉淀法、吸附法、電解法及溶劑萃取法等[5]，其中吸附法以其高效率、低成本、無二次污染等優(yōu)點成為研究熱點。

殼聚糖(chitosan，CTS)是天然高分子甲殼素在堿性條件下水解并脫去部分乙酰基后生成的衍生物，由于其分子中含有氨基（-NH2)和羥基(-OH)，幾乎可以與所有的過渡金屬離子結合，因此其在重金屬離子吸附方面的應用研究尤為廣泛[6-8]。與傳統(tǒng)的絮凝劑相比，殼聚糖具有吸附容量大、成本低、無毒、不造成二次污染等優(yōu)點[9]。本實驗以殼聚糖為吸附劑，對廢水中的Ni2+進行吸附富集，研究了殼聚糖加入量、吸附溫度、振蕩時間對Ni2+吸附率的影響，探討了殼聚糖吸附Ni2+的動力學特征。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

殼聚糖(脫乙酰度92%),鎳標準溶液(瑞士Fluka公司)，硫酸鎳，醋酸，硝酸，丁二酮肟等試劑均為分析純。

UV-1801紫外可見分光光度計，F(xiàn)A1604N型電子分析天平,PHS-3C型精密酸度計,SHA-C水浴恒溫振蕩器,TDL-40臺式離心機，DZF-O真空干燥箱。

1.2 實驗方法

取一定質量的殼聚糖置于250ml錐形瓶中，加入30mL含鎳10mg/L的廢水溶液，在一定條件下置于恒溫搖床中振蕩，控制搖床的轉速為120r/min,吸附平衡后，將溶液離心分離取上清液，用紫外分光光度計分析樣品中N2+的濃度，分別用式（1）、式（2）計算吸附率和吸附量。

式中：Re為吸附率（%）；tq為t時刻的吸附量（mg/g)；C0和C分別為吸附前與吸附后溶液的質量濃度（g/L)；V為溶液體積（L）；m為殼聚糖的質量。

1.3 分析方法

采用丁二酮肟分光光度法測定溶液中Ni2+的質量濃度[10]，即在氧化劑存在的堿性溶液中，鎳與丁二酮肟作用生成酒紅色的可溶絡合物，于波長465nm處測定吸光度，繪制Ni2+的質量濃度x(mg/L)與吸光度A的標準曲線，根據標準曲線、測得樣液的吸光度計算溶液中Ni2+的質量濃度。

2 結果與討論

2.1 殼聚糖加入量對Ni2+吸附率的影響

圖1 殼聚糖用量對Ni2+吸附率的影響

分別稱取0.1g,0.15g,0.2g,0.25g,0.3g的殼聚糖于250mL的錐形瓶中，加入質量濃度為10mg/L含Ni2+廢水30mL，于25℃、120r/min振蕩1h,將溶液離心分離，取上清液測量其吸光度計算吸附率，結果如圖1所示。從圖可以看出，殼聚糖添加量在0.1-0.25g時，其對廢液中Ni2+的吸附率迅速上升，用量超過0.25g時，吸附率增加緩慢并逐漸趨于平衡。這是因為殼聚糖用量增加導致有效吸附集團增多，即增加了殼聚糖與金屬離子的活性吸附位。

2.2 振蕩時間對Ni2+吸附率的影響

準確稱取0.25g殼聚糖置于250mL的錐形瓶中，加入30mL含鎳離子10mg/L的廢水，于40℃下恒溫振蕩，振搖速率為120r/min，振蕩時間分別為：10、20、30、60、90、120min，測定其吸光度計算吸附率，結果如圖2所示。從圖2可以看出，在吸附前60min，殼聚糖對鎳離子的吸附率迅速上升，從27.53%上升到54.32%；60min后隨著時間的增加，對Ni2+的吸附趨于平衡，吸附率僅增加2.85%。這種現(xiàn)象可能是由于吸附開始時是一種表面吸附，吸附速率較大；當表面吸附達到平衡后，水中Ni2+逐漸向殼聚糖內部遷移、擴散，這種遷移是一個相對緩慢的過程。因此，殼聚糖對鎳離子吸附的最佳時間為60min。

圖2 振蕩時間對Ni2+吸附率的影響

2.3 Ni2+的吸附動力學

稱取0.25g殼聚糖于250mL錐形瓶中，加入質量濃度為10mg/L的Ni2+溶液30mL，在120r/min的轉速下，分別于20、40、60℃吸附，該吸附過程可以用準一級（式3）或準二級（式4）動力學模型描述[11]。

式中：tq、eq分別為t時刻Ni2+吸附量、Ni2+的平衡吸附量（mg/g);1k為準一級動力學速率常數（min-1),2k為準二級動力學常數。對實驗所測得的動力學數據分別采用準一級動力學模型和準二級動力學模型擬合，結果如圖3、圖4所示。

圖3 Ni2+吸附的準一級動力學模型

圖4 Ni2+吸附的準二級動力學模型

對比圖3、圖4，殼聚糖對Ni2+的吸附更加符合準二級動力學模型，其相關參數如表1所示。表1中三個方程的相關系數R2均大于0.9892，進一步說明殼聚糖對廢水中Ni2+的吸附符合準二級動力學模型。吸附率和K2都隨溫度的升高而增大，表明該吸附過程為吸熱過程，溫度升高有利于Ni2+的吸附。

表1 吸附的動力學參數

3 結 語

1）殼聚糖是天然高分子材料，對鎳離子具有很好的吸附能力，以殼聚糖做吸附劑處理含鎳廢水，不造成二次污染，具有良好社會效益。

2）靜態(tài)吸附實驗表明，最佳吸附劑用量為0.25g、吸附時間為60min，鎳離子在殼聚糖表面的吸附率隨溫度升高而增大。吸附過程符合準二級動力學模型。

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