李桂香,李美狄,馮輝,呂建洲

（1.遼寧師范大學生命科學學院，遼寧大連116081；2.遼寧師范大學實驗中心，遼寧大連116029）

海參營養(yǎng)素對廢水中Cu2+、Cr6+的吸附性研究

李桂香1,李美狄1,馮輝2,呂建洲1

（1.遼寧師范大學生命科學學院，遼寧大連116081；2.遼寧師范大學實驗中心，遼寧大連116029）

[目的]研究海參營養(yǎng)素對重金屬離子的吸附性能及海參營養(yǎng)素與木質(zhì)素磺酸鈉吸附效果的大小。[方法]采用海參營養(yǎng)素與木質(zhì)素磺酸鈉對比法，對一定濃度的Cu2+、Cr6+溶液進行吸附研究。[結(jié)果]在試驗條件下，海參營養(yǎng)素對Cu2+、Cr6+的單位吸附量分別為103.24mg/g、83.95mg/g，去除率分別為61.9%、25.2%；木質(zhì)素磺酸鈉對Cu2+、Cr6+的單位吸附量分別為92.49mg/g、41.2mg/g，去除率分別為55.5%、12.4%。[結(jié)論]海參營養(yǎng)素對重金屬離子具有選擇吸附性且其吸附效果優(yōu)于相同條件下的木質(zhì)素磺酸鈉。

海參營養(yǎng)素；木質(zhì)素磺酸鈉；銅離子；六價鉻離子；吸附

隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展，工業(yè)廢水中的大量重金屬使得重金屬污染形勢日益嚴峻，這些重金屬進入水體，若不進行有效處理，還會因為澆灌及其他原因使土壤受到重金屬污染，且重金屬會通過食物鏈在動、植物體內(nèi)富集繼而對其生命造成嚴重的威脅。金屬銅、鉻的污染主要來自銅鋅礦及鉻礦的開采和冶煉、金屬冶煉加工、鋼鐵生產(chǎn)、電鍍等工業(yè)廢水的排放[1]，大量的銅離子、六價鉻離子累積在人體和動植物體內(nèi)必然會嚴重影響到人體的健康和動植物的生長，因此，對廢水進行有效處理，使其符合國家排放標準有著重要意義。工業(yè)廢水的處理方法有多種，常用水體中重金屬的治理方法有化學沉淀法、電解法、吸附法、膜分離法、離子交換法和生物法等[2]，其中吸附法的使用較為廣泛，吸附法是利用吸附劑吸附水體中重金屬的一種技術(shù)，具有較強的選擇吸附能力、高效的處理效果、便于回收、成本低廉等特點。

木質(zhì)素是一種天然高分子材料，20世紀80年代后期以來，隨著木質(zhì)素化學研究的深入，越來越多的研究表明，各種工業(yè)木質(zhì)素及其改性產(chǎn)物表現(xiàn)出良好的吸附性能[3]，不僅可以用于吸附重金屬陽離子(如Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+、Cr6+等)，也可以用于吸附水中的陰離子、有機物（如酚類、醇類、碳氫化合物、鹵化物等）和其他物質(zhì)（如染料、殺蟲劑、蛋白質(zhì)等）。木質(zhì)素磺酸鈉主要從亞硫酸造紙廢液中獲取，它是一種陰離子型分散劑，無毒，在任何pH條件下皆可溶于水，表面張力大，分散性強。木質(zhì)素磺酸鈉中含有較多甲氧基、羥基和羰基，這些功能基團可作為金屬離子的吸附位點，基團中氧原子的未共用電子對能與金屬離子的外層空電子軌道形成配位鍵，生成螯合物，從而達到吸附金屬離子，凈化廢水效果[4]。

至今為止，我們對海參營養(yǎng)素的研究仍停留在人類食用及植物生長調(diào)節(jié)的層面上[5，6]，海參營養(yǎng)素沒有得到進一步的開發(fā)和利用。海參營養(yǎng)素的主要活性物質(zhì)有海參多糖（含有豐富的硫酸酯基）、海參皂苷（具有藥理活性）及海參膠原蛋白（含有大量的甘氨酸與羥脯氨酸），除此之外，還有?；撬帷OD及多種維生素等[6]?；趯I養(yǎng)素的了解，本研究首次將海參營養(yǎng)素作為一種重金屬離子吸附劑，用于測定海參營養(yǎng)素對Cu2+、Cr6+的吸附性能，同時將海參營養(yǎng)素與相同實驗條件下的木質(zhì)素磺酸鈉進行吸附效果的對比，為海參營養(yǎng)素的深度研究和開發(fā)利用作初步探索。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

海參營養(yǎng)素（大連海晏堂生物公司）；木質(zhì)素磺酸鈉(湖北興銀河化工有限公司)；五水硫酸銅、重鉻酸鉀、濃硝酸、高氯酸均為分析純。

電子天平（FA2104B，上海平軒科學儀器有限公司）；磁力攪拌器（81—1型，江蘇省金壇市環(huán)宇科學儀器有限公司）；電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀ICP（Prodigy XP，美國利曼-徠伯斯公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 吸附實驗

分別溶解海參營養(yǎng)素（加20mL乙醇）和木質(zhì)素磺酸鈉配制成4mg/mL溶液，對照為4mg/mL的木質(zhì)素磺酸鈉吸附劑；再分別配制兩種濃度為1mg/mL和2mg/mL含單一重金屬離子（Cu2+或Cr6+）的溶液。各取兩份100mL濃度為4mg/mL的海參營養(yǎng)素、木質(zhì)素磺酸鈉吸附劑，然后分別加入濃度為1mg/mL或2mg/mL含單一重金屬離子的溶液，設3組平行實驗。在溫度為20oC，pH值為7的條件下，經(jīng)恒溫振蕩搖床30min后取上清液[7]。

1.2.2 指標測定

準確移取上述的上清液（必要時需過濾或離心處理）5mL，加入2mL濃硝酸和0.5mL高氯酸，置于電熱板上加熱消解，確保溶液不劇烈沸騰，緩慢加熱至近干，直至溶液顏色穩(wěn)定不變，取下冷卻。冷卻后，加入去離子水溶解并定容至25mL比色管中，然后利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP)測定上清液中銅離子和六價鉻離子的濃度[8]，最后分別計算出海參營養(yǎng)素吸附劑及木質(zhì)素磺酸鈉吸附劑對Cu2+、Cr6+的吸附量Q和吸附率R%，計算公式[7]如下：

表1 海參營養(yǎng)素吸附劑、木質(zhì)素磺酸鈉吸附劑對Cu2+、Cr6+的吸附量

2 結(jié)果分析

2.1 不同吸附劑的吸附性比較

在相同的實驗條件下，首先取2份100mL濃度為4mg/mL的海參營養(yǎng)素吸附劑于250mL的錐形瓶中編號A、B，另取2份100mL的木質(zhì)素磺酸鈉吸附劑于250mL錐形瓶中編號C、D，然后向A、C中加入50mL濃度為1mg/mL的Cu2+的溶液，向B、D中加入50mL濃度為1mg/mL的Cr6+的溶液，進行不同吸附劑對同一金屬離子的吸附對比實驗，最后利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP)測定上清液中銅離子和六價鉻離子的殘余濃度并計算其相應的吸附量和吸附率，實驗結(jié)果見表1。

由表1可知，在相同條件下，海參營養(yǎng)素吸附劑對Cu2+、Cr6+的吸附量和去除率皆高于木質(zhì)素磺酸鈉吸附劑。海參營養(yǎng)素吸附劑對Cu2+、Cr6+的吸附效果較好的原因可能是海參營養(yǎng)素很好地保存了海參營養(yǎng)成分的生物活性，與金屬離子的親和能力較強，對重金屬離子具有較強的吸附性。液相吸附是一個非常復雜的過程，不同吸附劑對同一金屬離子的吸附性能有所不同，有許多影響吸附的因素，如吸附劑本身的結(jié)構(gòu)特性、金屬離子與吸附劑親和能力的不同、金屬離子半徑的差異以及實驗條件的控制等，這些因素都會使不同吸附劑對同一金屬離子的吸附效果存在差異性，如表2，給出了Cu2+、Cr6+的離子半徑與水化能[4]。

表2 Cu2+、Cr6+的離子半徑和水化能

2.2 海參營養(yǎng)素吸附劑對Cu2+、Cr6+的吸附性比較

在相同的實驗條件下，首先取2份100mL濃度為4mg/mL的海參營養(yǎng)素吸附劑于250mL錐形瓶中，然后分別加入50mL濃度均為2mg/mL含Cu2+或含Cr6+的溶液，進行同一吸附劑對不同金屬離子吸附的對比實驗，最后利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP)測定上清液中銅離子和六價鉻離子的殘余濃度并計算其相應的吸附量和吸附率，實驗結(jié)果見表3。

表3 海參營養(yǎng)素吸附劑對Cu2+、Cr6+的吸附量

由表3可知，在相同的條件下，海參營養(yǎng)素吸附劑對Cu2+的吸附量和去除率皆高于其對Cr6+的吸附量和去除率。同一吸附劑對不同重金屬離子的吸附效果存在差異性，造成這種吸附性差別的原因可能是吸附金屬離子的種類不同，也可能是Cu2+、Cr6+本身離子半徑的差異，還可能是Cu2+、Cr6+與海參營養(yǎng)素吸附劑親和能力的不同，如表2，給出了Cu2+、Cr6+的離子半徑與水化能。

3 結(jié)論

3.1 在相同條件下，海參營養(yǎng)素的吸附效果優(yōu)于木質(zhì)素磺酸鈉。海參營養(yǎng)素對Cu2+的單位吸附量為103.24mg/g，去除率為61.9%，而木質(zhì)素磺酸鈉對Cu2+的單位吸附量為92.49mg/g，去除率為55.5%；海參營養(yǎng)素對Cr6+的單位吸附量為83.95mg/g，去除率為25.2%，而木質(zhì)素磺酸鈉對Cr6+、的單位吸附量為41.2mg/g，去除率為12.4%。

3.2 在相同條件下，海參營養(yǎng)素對重金屬離子具有選擇吸附性。海參營養(yǎng)素對Cu2+、Cr6+的吸附對比實驗表明，海參營養(yǎng)素對Cu2+的吸附效果較好，吸附量為94.29mg/g，去除率為56.6%。

3.3 基于本次實驗結(jié)果，初次提出海參營養(yǎng)素可以作為一種新型的重金屬吸附材料的觀點。海參營養(yǎng)素在一定程度上可以吸附環(huán)境中的銅離子和六價鉻離子，對環(huán)境重金屬污染治理應用具有廣闊的研究前景。

［1］許延娜,牛明雷,張曉云.我國重金屬污染來源及污染現(xiàn)狀概述[J].資源節(jié)約與環(huán)保.2013,(2):55.

［2］崔志新,任慶凱,艾勝書.重金屬廢水處理及回收的研究進展[J].環(huán)境科學與技術(shù),2010,33(12F):375-377.

［3］何新建,謝建軍,李晟,等.木質(zhì)素及其衍生物對重金屬離子吸附性能研究進展[J].廣東化工,2009,36(10):81-83.

［4］張宏.納米木質(zhì)素磺酸鈉制備及其對Cu2+、Cr6+、Pb2+的吸附性研究[D].大連,遼寧師范大學,2013.

［5］李欣,程艷麗,馮輝,等.海參營養(yǎng)素對綠豆種子萌發(fā)及幼苗生長發(fā)育的影響[J].園藝與種苗,2015(10):1-2,8.

［6］咸強強.海參營養(yǎng)素、牛磺酸納米制劑的制備對小麥幼苗生長的影響[D].大連,遼寧師范大學,2012.

［7］俞家楠,劉照斌,蘭盾,等.納米木質(zhì)素磺酸鈉的制備及其對Zn2+吸附性研究[J].環(huán)?？萍?，2015(4)：21-24.

［8］賈彥博,林賽君,陳美春,等.電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定東海烏參中多種金屬元素含量[J].食品安全質(zhì)量檢測學報.2013(3): 929-934.

·信息·

天津南港領航潤滑油項目完成施工審批

從天津開發(fā)區(qū)了解到，南港工業(yè)區(qū)領航十萬t潤滑油生產(chǎn)項目完成施工許可證的審批工作，標志著此項目開始進入正式施工階段。

南港領航十萬t潤滑油生產(chǎn)項目坐落于南港工業(yè)區(qū)倉儲物流組團，占地面積36000m2，總投資9000多萬元，建成后形成10萬t潤滑油的生產(chǎn)能力，產(chǎn)品覆蓋全國各地，年產(chǎn)值6個億。

Study on adsorption of Cu2+and Cr6+by Sea cucumber nutrient

LI Gui-xiang1,LI Mei-di1,FENG Hui2,LV Jian-zhou1
（1.College of life science，Liaoning Normal University,Dalian,Liaoning 116081；2.Experiment Center,Liaoning Normal University,Dalian,Liaoning 116029)

[Objective]The aim to research the adsorption performance of the sea cucumber nutrient on heavy mental ion and the adsorption efficiency size between the Sea cucumber nutrient and the sodium lignin sulfonate. [Method]The sea cucumber nutrient and the sodium lignin sulfonate were used in experiment and their adsorption performance on Cu2+and Cr6+were compared.[Result]Under experiment condition,the unit adsorption capacity of Cu2+and Cr6+by the Sea cucumber nutrient was found to be 103.24 and 83.95mg/g,the removal rate of Cu2+and Cr6+was 61.9 and 25.2%;the unit adsorption capacity of Cu2+and Cr6+by the sodium lignin sulfonate was found to be 92. 49 and 41.2mg/g,the removal rate of Cu2+and Cr6+was 55.5 and 12.4%.[Conclusion]The sea cucumber nutrient has selective adsorption on heavy mental ion,and under the same condition,the adsorption efficiency of the sea cucumber nutrient is better than that of the sodium lignin sulfonate.

sea cucumber nutrient;sodium lignin sulfonate;Cu2+;Cr6+;adsorption

10.3969/j.issn.1008-1267.2016.06.003

X703

A

1008-1267（2016）06-0006-03

2016-06-30

國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目“基于生物技術(shù)與現(xiàn)代分析測試技術(shù)的城市污泥資源化利用研究（201510165021）”

李桂香（1992-）女，漢族，廣西南寧人，本科，研究方向為環(huán)境科學