李宇彬＊，胡力信，袁嘉明

（廣東海洋大學 化學與環(huán)境學院，廣東 湛江 524088）

近年來，我國工業(yè)迅速發(fā)展，然而大量工業(yè)廢水無法妥善處理，導致大量未經(jīng)處理含重金屬廢水排放到河流中，造成生態(tài)環(huán)境的逐步惡化。目前工業(yè)廢水的處理方法：物理法[1]、生物處理法、化學法等。

我國每年能產(chǎn)生大量的廢棄貝殼，造成環(huán)境污染，因此如何使廢棄的貝殼“變廢為寶”成為當今重點研究方向之一。貝殼粉可用于去除重金屬、改善土壤性能、改善水體成分等。殼聚糖是甲殼素脫乙酰基后得到的產(chǎn)物，無毒、易生物降解，生物相容性好[2]。本實驗利用貝殼廢棄物，使其與改性殼聚糖結(jié)合形成改性殼聚糖/貝殼粉復合物，研究其對含重金屬工業(yè)廢水中金屬離子進行吸附，通過改變初始濃度、pH、鹽度、溫度等條件得出吸附的最佳條件，提供了一種成本低、效果好的工業(yè)廢水處理方法，為社會的進一步發(fā)展做出貢獻。

1 實驗部分

1.1 改性殼聚糖/貝殼粉復合物的制備

1.1.1 O-羧甲基殼聚糖的制備

取5g殼聚糖浸于50mL的異丙醇中使其溶脹1h，再加入10mLW=30%的NaOH后溶脹2.5h，在室溫下于30min內(nèi)分次加入6g氯乙酸，放置水浴鍋中在35℃下攪拌反應4h[3]。結(jié)束后加入20mL蒸餾水，使用醋酸調(diào)節(jié)PH至7，調(diào)節(jié)PH后真空抽濾，抽濾后用甲醇及無水乙醇各洗滌兩次，然后放在烘箱內(nèi)60℃下烘干，即可制得O-羧甲基殼聚糖。

1.1.2 復合物的制備

將1g O-羧甲基殼聚糖在水浴40℃下溶于100mL體積分數(shù)為1%的醋酸，用1mol/L NaOH調(diào)節(jié)pH至7，隨后產(chǎn)生絮凝狀，加入1g貝殼粉，攪拌，抽濾后自然風干[4]，即得貝殼粉—改性殼聚糖復合物樣品。

1.2 探索實驗條件對材料吸附效果的影響

本實驗設定含重金屬離子初始濃度為120mg/L，溶液體積為100ml，貝殼粉-改性殼聚糖復合物投放量為0.5g，分別研究吸附溶液的濃度、吸附溫度、吸附pH值、溶液鹽度對材料吸附效果的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 電鏡結(jié)果分析

圖1和圖2分別是貝殼粉和改性殼聚糖/貝殼粉復合物的掃描電鏡照片。從圖1可知，貝殼粉結(jié)構(gòu)為緊密分布結(jié)構(gòu)，當加入與改性殼聚糖復合后，由于貝殼粉獨特的性質(zhì)使其具有親和性，使不同顆粒產(chǎn)生團聚效果，顆粒間隙增大，增強吸附能力。

圖1 貝殼粉5000倍掃描電鏡圖

圖2 復合物5000倍掃描電鏡圖

2.2 復合物最佳制備比例的確定

貝殼粉和改性殼聚糖的復合比例設置如下：1：0、1：0.5、1：1、1：2、1：3。結(jié)果分析表明，貝殼粉和O-羧甲基殼聚糖復合比例為1：1時吸附效果最好，故制備方案為貝殼粉和O-羧甲基殼聚糖1：1復合制備新型復合物。

2.3 吸附溶液的濃度對貝殼粉和貝殼粉—改性殼聚糖吸附的影響

分別設定不同初始濃度的含重金屬物質(zhì)廢水樣品進行吸附實驗，實驗結(jié)果表明：在溶液初始濃度小于120mg/L時吸附量呈遞增趨勢，當溶液初始濃度大于120mg/L時，貝殼粉吸附達到飽和狀態(tài)，吸附量達到12mg/g。

2.4 吸附溫度對材料吸附的影響分析

吸附溫度控制在15℃、25℃、35℃、45℃、55℃，實驗結(jié)果表明：隨著溫度升高，吸附速率增加，但吸附量不會隨著溫度的變化而改變。

2.5 pH對材料吸附的影響分析

工業(yè)廢水樣品溶液pH調(diào)節(jié)至3、5、7、9、11。實驗結(jié)果顯示：溶液pH越大，溶液酸性或堿性越強，貝殼粉-改性殼聚糖復合物的吸附量隨之減少。而復合物在中性條件時有利于吸附金屬離子，因為在酸性或堿性條件會破壞了復合物結(jié)構(gòu)，并使貝殼粉-改性殼聚糖復合物的吸附孔堵塞，造成吸附量下降。

2.6 溶液鹽度對材料吸附的影響分析

投加NaCl調(diào)節(jié)溶液鹽度為0%、1%、2%、3%、4%、5%，統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析得出：當鹽度在0%～5%范圍內(nèi)，貝殼粉和改性殼聚糖的復合物對金屬離子的吸附量會隨著鹽度的增大而增大，表明一定鹽度會促進復合物吸附工業(yè)廢水中的有害物質(zhì)。使吸附量增加的原因，可能是適當?shù)柠}會促進貝殼粉-改性殼聚糖復合物吸附孔孔徑的擴張，從而達到促進吸附的效果。

3 結(jié)論

本實驗制備新型改性殼聚糖/貝殼粉復合物，研究其吸附工業(yè)廢水中的重金屬物質(zhì)的效果，結(jié)果表明該新型復合物具有很好的吸附能力，本方法具有原料易得、制備工藝簡單、整體制備、使用成本低等優(yōu)點，為我國工業(yè)廢水的處理提供一種可操作性的方法。