O羧甲基壳聚糖对电镀废水中Cr吸附性能的研究李雯

•30•【三废治理】O-羧甲基壳聚糖对电镀废水中Cr(VI)吸附性能的研究李雯1，张光华1,2,*，朱雪丹1，来水利1（1.陕西科技大学教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室，陕西西安710021；2.浙江温州轻工研究院，浙江温州325003）摘要：O-羧甲基壳聚糖对六价铬具有吸附作用。本文研究了溶液的pH、吸附时间、温度和O-羧甲基壳聚糖的加入量对其吸附性能的影响。结果表明，在室温下，pH为2，吸附时间2h，O-羧甲基壳聚糖加入量为5g时，其吸附性能最好，吸附率可达98%以上。关键词：O-羧甲基壳聚糖；电镀废水；六价铬；吸附中图分类号：O647.3文献标志码：A文章编号：1004–227X(2010)07–0030–03StudyontheadsorptionpropertyofO-carboxymethylchitosanforCr(VI)fromelectroplatingwastewater//LIWen,ZHANGGuang-hua*,ZHUXue-dan,LAIShui-liAbstract:TheadsorptionexistsbetweenO-carboxymethylchitosanandCr(VI).TheeffectsofpH,adsorptiontime,dosageofO-carboxymethylchitosanonitsadsorptionpropertywerestudied.Theresultsshowedthattheadsorptionpropertyisthebestandtheabsorptionratereaches98%undertheconditionsofroomtemperature,pH2,absorptiontime2handdosage5g.Keywords:O-carboxymethylchitosan;electroplatingwastewater;adsorptionFirst-author’saddress:KeyLaboratoryofAuxiliaryChemistry&TechnologyforChemicalIndustry,MinistryofEducation,ShanxiUniversityofScience&Technology,Xi’an710021,China1前言电镀废水中含有大量的可致癌、致畸、致突变的剧毒物质，其中以六价铬的危害最为严重[1-2]。六价铬可通过消化、呼吸道、皮肤及黏膜侵入人体，且易被人体吸收。国家排放标准即GB21900–2008《电镀污染物排放标准》规定的现有企业电镀废水中Cr(VI)的最高容许排放限值为0.5mg/L。收稿日期：2010–01–05修回日期：2010–03–24基金项目：浙江温州市科技计划项目（H20070015）。作者简介：李雯（1985–），女，陕西咸阳人，硕士研究生，研究方向为功能高分子材料。通讯作者：(E-mail)[e-mail]。目前常用的去除工业废水中铬的方法有还原–沉淀法、离子交换法、吸附法等。这些方法或因沉淀难于处理而造成再次污染，或因处理费用昂贵而使其应用受到了限制。用价廉、原料丰富、可降解的壳聚糖吸附法处理含铬废水是一种较理想且有发展前途的方法[3]。壳聚糖是甲壳素经化学方法处理脱乙酰基后的产物，是一种天然的阳离子聚合物。它无毒、无害，安全可靠，易生物降解，具有良好的生物相容性[4]。目前，壳聚糖及其衍生物已成为当前研究的热点[4-5]。本文以壳聚糖为原料制得了O-羧甲基壳聚糖，研究了其对电镀废水中六价铬的吸附性能。2实验2.1试剂与仪器壳聚糖(山东潍坊科海甲壳素有限公司，脱乙酰度85%，工业级)。某厂电镀车间镀铬废水，Cr(VI)含量196mg/L，pH=2.86。氯乙酸、异丙醇、氢氧化钠、乙醇等均为分析纯。所用仪器有：ZHWY-100C恒温摇床，上海智城分析仪器公司；PB-21型酸度计，赛多利斯科学仪器(北京)有限公司；TDL-40B离心机，上海安亭科学仪器厂；722S可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司。2.2O-羧甲基壳聚糖的制备方法将15g壳聚糖浸于150mL的异丙醇中溶胀0.5h，加入30mLw=30%的NaOH后溶胀2.5h，于室温下30min内分次加入18g氯乙酸，35°C下搅拌反应4h。结束后加入60mL水，用醋酸调节pH至7，抽滤后用甲醇及无水乙醇各洗涤一次，然后在60°C下烘干[6-8]。2.3吸附率的测定方法在50mL电镀废水样品中加入O-羧甲基壳聚糖，调节pH，然后将其置于恒温振荡器上，以100r/min的转速控温吸附。吸附结束后用二苯基碳酰二肼分光DOI:10.19289/j.1004-227x.2010.07.013O-羧甲基壳聚糖对电镀废水中Cr(VI)吸附性能的研究•31•光度法测定其光度值，参照六价铬标准曲线确定其浓度，采用式(1)计算吸附率。121100%F−=×ρρρ(1)式中1ρ和2ρ分别为吸附前后Cr(VI)的质量浓度，单位mg/L；F为吸附率。3结果与讨论3.1pH对吸附性能的影响在30°C，O-羧甲基壳聚糖加入量为3g，吸附时间为2h的条件下，Cr(VI)的吸附率与pH的关系如图1所示。0246810020406080吸附率/%pH图1pH与Cr(VI)吸附率的关系Figure1RelationshipbetweenpHandadsorptionrateofCr(VI)由图1可以看出，在pH为2时，O-羧甲基壳聚糖对Cr(VI)的吸附率最大；碱性条件下(pH7)基本无吸附。在酸性溶液中，Cr(VI)主要以227CrO−和4HCrO−两种形式存在[9]。在强酸性条件下，─NH2与H+离子形成胺正离子3NH+，易与带负电荷的227CrO−和4HCrO−发生吸附作用；在弱酸性条件下，─NH2和─COO−可与Cr(VI)生成配合物，故在pH为4时有一小峰值出现；而当pH较大时，溶液呈碱性，Cr(VI)不能稳定存在，故基本无吸附。因此，以O-羧甲基壳聚糖作为吸附材料时，将废水的pH控制在2较为适宜。3.2吸附时间对性能的影响在30°C，O-羧甲基壳聚糖加入量为3g，pH为2的条件下，Cr(VI)的吸附率与时间的关系如图2所示。204060801001201401605060708090100吸附率/%t(吸附)/min图2时间与Cr(VI)吸附率的关系Figure2RelationshipbetweentimeandadsorptionrateofCr(VI)由图2可见，开始时吸附速度较快，吸附率上升明显，这可能是由于吸附开始时有部分─NH2和─COO−与Cr(VI)发生配合反应而造成的。80min后吸附率接近90%，160min后吸附率达到98%以上。为了使吸附完全，选择吸附时间为160min为宜。3.3投加量对吸附性能的影响在30°C，pH为2，吸附时间为2h的条件下，Cr(VI)的吸附率与O-羧甲基壳聚糖加入量的关系见图3。234567020406080100吸附率/%m(O-羧甲基壳聚糖)/g图3O-羧甲基壳聚糖加入量与Cr(VI)吸附率的关系Figure3RelationshipbetweendosageofO-carboxymethylchitosanandadsorptionrateofCr(VI)由图3可以看出，随着O-羧甲基壳聚糖加入量的增大，吸附率逐渐上升，但当其加入量大于4g时，Cr(VI)的吸附率增加缓慢，加入量达到5g后基本不变。因此，O-羧甲基壳聚糖加入量以5g最佳，此时吸附率可达98%。3.4温度对吸附性能的影响在O-羧甲基壳聚糖加入量为5g，吸附时间2h，pH为2的条件下，Cr(VI)的吸附率与温度的关系见图4。253035404580859095100吸附率/%θ/°C图4温度与Cr(VI)吸附率的关系Figure4RelationshipbetweentemperatureandadsorptionrateofCr(VI)由图4可见，室温下，温度对Cr(VI)的吸附基本无影响。故O-羧甲基壳聚糖对电镀废水中的六价铬吸附可在常温下进行。3.5O-羧甲基壳聚糖的解吸与再生O-羧甲基壳聚糖吸附Cr(VI)后，可用0.1mol/L的NaOH解吸。将解吸后的O-羧甲基壳聚糖用蒸馏水冲洗至中性，烘干后可循环使用。经测定，Cr(VI)脱附率达97%以上。4结语以O-羧甲基壳聚糖为吸附剂对实际电镀废水中的六价铬吸附性能进行了研究，常规条件下吸附率为98%。处理后废水中的Cr(VI)浓度为3.51mg/L，再经O-羧甲基壳聚糖对电镀废水中Cr(VI)吸附性能的研究•32•活性炭柱处理后，水中的Cr(VI)浓度为0.36mg/L，达到GB21900–2008对现有企业的排放限值要求。壳聚糖来源丰富，无毒无味，具有良好的生物兼容性及可降解性，并且不存在二次污染。用壳聚糖及其衍生物做吸附剂去除电镀废水中的重金属，工艺简单，节能环保。参考文献：[1]王亚东,张林生.电镀废水处理技术的研究进展[J].安全与环境工程,2008,15(3):69-72.[2]朱靖,张瑶.电镀废水综合治理技术及应用[J].水处理技术,2008,34(6):89-91.[3]程永华,闫永胜,王智博,等.壳聚糖高效吸附处理含铬废水的研究[J].华中科技大学学报(城市科学版),2005,22(4):51-53.[4]蒋挺大.壳聚糖[M].北京:化学工业出版社,2001.[5]唐星华,陈孝娥,万诗贵.壳聚糖及其衍生物在水处理中的研究和应用进展[J].水处理技术,2005,31(11):12-15.[6]张贵芹,赵丽瑞,刘满英.O-羧甲基壳聚糖的制备及波谱分析[J].光谱实验室,2006,23(4):658-661.[7]吴友吉,宋庆平,李庆海.高取代度羧甲基壳聚糖的制备[J].合成化学,2006,14(5):506-509.[8]黄增尉,周泽广.交联壳聚糖处理电镀废水中铬(VI)的研究[J].广西民族大学学报(自然科学版),2006,12(4):100-103.[编辑：吴定彦]中国表面工程协会电镀分会教育培训中心关于常年举办电镀技术、化验员、电镀废水治理学习班的报名通知在中国表面工程协会电镀分会总会、教育委员会、老专家委员会的领导关心下，中国表面技术工程协会电镀分会教育培训中心与山东省和济南市表面工程协会、山东建筑大学、济南浩金表面技术公司联合举办电镀技术、化验员、废水治理学习班，系统地讲解基础理论、新技术、新工艺，并安排试验、实习、参观，聘请国内著名电镀专家介绍国内外新动向、新发展，欢迎全国电镀界的同仁们、朋友们大力支持，积极报名参加学习！一、招生对象及培养目标学员具有初中以上文化程度、初级生产知识，和生产技术骨干及从事化验员、质量检验的工作人员。通过培训，学员能掌握电镀基础知识，常用的电镀工艺，电镀液及电镀废水的治理和分析方法，电镀测试技术等知识，培养分析和提高解决电镀故障的能力。二、开设科目、学习方法、证书颁发及工作推荐学习班开设《电镀化学基础》、《电化学与电镀原理》、《电镀工艺学》、《电镀液及电镀废水化学分析》、《电镀测试技术》、《镀层质量标准及检测方法》、《电镀废水治理》等7门课程。学习班以课堂教学为主，理论联系实际，开设30~35个实验，进行生产实习，请专家进行专题讲座，并组织学员赴国内先进地区参观。学习期满经考试合格者，可颁发中国电镀协会结业证书；经相应考核后，可颁发国家劳动和社会保障部的国家职业资格证书，作为工作上岗的资格证明。优秀学员可协助推荐工作及赴国外研修。多年来，来自全国20多个省市的多期学员顺利完成了42天的学业，全部颁发了中国电镀协会的结业证书，作为上岗资格证明。部分报名参加国家职业资格考试的学员也获得了相关的高、中级资格证书，并有部分学员被推荐赴国外研修及工作。三、开学具体事项1、学习时间：每年五一节和国庆节的前一周开学。一年2期，每期42天。个别学习单项技术或有其他内容学习要求者，另行协商。