殼聚糖及其衍生物樹(shù)脂的制備、性質(zhì)和對(duì)Cu2+、Pb2+和Cd2+吸附性能研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著工業(yè)的發(fā)展和人類活動(dòng)的增加，各類重金屬污染物被大量排放進(jìn)入大氣、水體和土壤中，給人類健康和生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅。在處理水體中重金屬污染物的諸多方法中吸附法占有重要的地位，開(kāi)發(fā)成本低、性能高且安全環(huán)保的吸附材料是未來(lái)重金屬處理領(lǐng)域的方向。殼聚糖是一種儲(chǔ)量豐富的海洋生物多糖，具有良好的生物相容性、生物可降解性和無(wú)毒性等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)引起了研究者的廣泛關(guān)注，被大量應(yīng)用于醫(yī)藥、食品和環(huán)保等領(lǐng)域。殼聚糖分子鏈中含有大量的氨基(-NH

2、2)和羥基(-OH)活性基團(tuán)，這些基團(tuán)可以和多種重金屬離子發(fā)生配位反應(yīng)，利用這種性質(zhì)可以將其應(yīng)用于水體中重金屬的分離和凈化，但殼聚糖材料在重金屬存在的介質(zhì)中易流失且回收困難，限制了它在重金屬處理領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
　　本文采用銳孔滴定法和乳化法制備了兩種殼聚糖球形樹(shù)脂，并對(duì)樹(shù)脂的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，用戊二醛對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行交聯(lián)改性，提高了材料在酸性介質(zhì)中的穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。用制備的樹(shù)脂吸附水溶液中的重金屬離子，發(fā)現(xiàn)乳化交聯(lián)法制備

3、的殼聚糖球形樹(shù)脂對(duì)重金屬具有較好的吸附性能且機(jī)械強(qiáng)度良好，是一種理想的重金屬吸附材料，用該樹(shù)脂吸附水溶液中 Cu2+、Pb2+和Cd2+等重金屬離子，研究了不同pH值、接觸時(shí)間和初始濃度對(duì)吸附量的影響。發(fā)現(xiàn)當(dāng)初始pH=5.0時(shí)，樹(shù)脂對(duì)Cu2+的吸附量最大，當(dāng)pH=6.0時(shí)，樹(shù)脂對(duì)Pb2+和Cd2+的吸附量達(dá)到最大值；在最適pH條件下，樹(shù)脂對(duì)三種重金屬離子的吸附量分別在150min、210min和240min達(dá)到最大值，吸附動(dòng)力學(xué)符合準(zhǔn)二

4、級(jí)動(dòng)力學(xué)模型；吸附量隨初始濃度的升高不斷增大并最終達(dá)到平衡，用 Langmuir和 Freundlich等溫吸附模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)樹(shù)脂對(duì)三種重金屬離子的吸附均符合 Langmuir等溫線模型，擬合的最大吸附量分別為163.93mg/g、188.67mg/g和151.51mg/g；研究了樹(shù)脂在多種重金屬離子共存時(shí)的吸附特征，發(fā)現(xiàn)樹(shù)脂對(duì)Cu2+具有一定的選擇吸附性。
　　羧甲基殼聚糖(CMCS)是殼聚糖的一種重要衍生物，對(duì)重

5、金屬離子具有較強(qiáng)的配位能力。用乳化交聯(lián)法將CMCS制備成球形樹(shù)脂，并利用SEM和FTIR等方法對(duì)樹(shù)脂的表面結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，發(fā)現(xiàn)羧甲基殼聚糖上的氨基(-NH2)、羥基(-OH)和羧甲基(-CH2-COO-)等活性基團(tuán)均參與了同重金屬離子的配位反應(yīng)。對(duì)樹(shù)脂在水溶液中對(duì)重金屬離子的吸附行為研究發(fā)現(xiàn)，在最適條件下，樹(shù)脂對(duì)Cu2+、Pb2+和Cd2+的吸附分別在90min、120min和150min達(dá)到平衡，吸附過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型

6、；對(duì)重金屬離子的吸附量分別為156.25mg/g、222.22mg/g和178.57mg/g，用兩種等溫吸附模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)吸附過(guò)程同樣符合Langmuir等溫線模型；說(shuō)明相對(duì)于殼聚糖樹(shù)脂，羧甲基殼聚糖樹(shù)脂對(duì)重金屬的吸附能力較強(qiáng)，達(dá)到平衡的時(shí)間較短。當(dāng)溶液有多種重金屬離子共存時(shí)，樹(shù)脂對(duì)重金屬離子的選擇性吸附能力為 Cu2+＞Pb2+＞Cd2+，同樣對(duì)Cu2+具有較好的選擇吸附性；用EDTA對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行解吸達(dá)到了較好的去除效果，

7、說(shuō)明樹(shù)脂具有一定的可再生能力。
　　本研究制備的兩種海洋生物多糖樹(shù)脂是一種安全環(huán)保的吸附材料，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，因此可用于中藥生產(chǎn)中重金屬離子的去除。本文以金銀花提取物和銀杏葉提取物為模型，研究了兩種樹(shù)脂對(duì)中藥提取物中重金屬離子的去除效果及其對(duì)有效成分的影響。結(jié)果表明羧甲基殼聚糖樹(shù)脂對(duì)兩種中藥提取物中的重金屬離子Cu2+、Pb2+和Cd2+具有較好的吸附能力，去除率均達(dá)到90％以上，吸附后中藥的有效成分綠原酸和總黃酮的流失率較小，