壳寡/聚糖系列衍生物对铅离子的吸附研究

王昕鸽,张 戈

(辽宁师范大学城市与环境学院,辽宁大连116029)

壳寡/聚糖系列衍生物对铅离子的吸附研究

王昕鸽,张 戈

(辽宁师范大学城市与环境学院,辽宁大连116029)

比较了9种壳寡/聚糖系列衍生物作为吸附剂对同一浓度铅离子的吸附,结果为交联香草醛壳聚糖(CTSV-G)>香草醛壳聚糖(CTSV)>羧甲基壳聚糖(CM-CTS)>巯基化壳寡糖(O-CTS-SH)>壳寡糖(O-CTS)>香草醛壳寡糖(O-CTSV)>壳聚糖(CTS)>壳寡糖硫酸酯(OCTSS)>羧甲基壳寡糖(CM-O-CTS);比较了同一吸附剂对不同浓度的铅离子的吸附率,其吸附率随着溶液浓度的升高而降低。研究了各吸附剂在铅、镉、铬金属离子竞争中对铅吸附的影响,结果表明各吸附剂对镉和铅离子的吸附效果最好,可达80%,对铬离子吸附较少,在40%左右。

壳寡/聚糖系列衍生物;吸附;铅离子

甲壳素是仅次于纤维素的第二大可再生天然高分子材料,广泛存在于甲壳纲动物的虾蟹的甲壳中[1～4]。甲壳素分子中有氨基和羟基等活泼基团的存在,可以对其进行化学修饰从而改善其化学性质,使其具有不同的功能,其降解产物壳寡糖、壳聚糖等具有许多的优良特性,在各种领域中都有广泛的应用价值。

铅是自然界中分布较广的一种元素,随着近代科学技术的发展,铅的浓度在整个生物圈中不断增加,铅污染已从职业环境向日常生活环境扩展[5～7]。为了处理水中重金属离子,本文利用壳寡糖和壳聚糖的衍生物吸附铅,对其吸附效果进行探讨,对比研究了各吸附剂对水中重金属离子Pb2+、Cr3+、Cd2+的吸附作用,为水体无害化处理做了基础研究。

1 实验

1.1 各吸附剂对同一浓度铅离子的吸附方法

配制1mg/L的硝酸铅溶液,并用移液管取9份5ml硝酸铅溶液于10ml离心管中,称取9种吸附剂(分别为:①香草醛壳寡糖;②壳寡糖硫酸酯;③巯基化壳寡糖;④羧甲基壳寡糖;⑤壳寡糖;⑥香草醛壳聚糖;⑦羧甲基壳聚糖;⑧交联香草醛壳聚糖;⑨壳聚糖)各0102g分别放入离心管中,摇匀,并调节pH至7～715。把所有样品都放置在气浴恒温震荡器中,在常温下震荡8h,使反应完全。

将②号、⑥号、⑧号、⑨号用离心机在7000rpm下离心20min,将上清液倒入10ml试管中,用原子吸收分光光度计测定各上清液的吸光度。计算吸附率。

将①号、③号、④号、⑤号、⑦号加入5ml无水乙醇使吸附剂析出,再用离心机在7000rpm下离心20min,将上清液倒入10ml试管中,用原子吸收分光光度计测定各上清液的吸光度。

重复以上实验,做空白比较,然后计算吸附率[8]:

其中,P:吸附率;

C0:吸附前铅离子浓度,mg/L;

C:吸附后铅离子浓度,mg/L;

V0:加入的铅溶液体积,L;

V:吸附后体积,L。

1.2 同一吸附剂对不同浓度的铅离子的吸附方法

配制以下系列浓度的硝酸铅溶液:1mg/L、3mg/L、5mg/L、10mg/L、20mg/L、50mg/L。

用移液管取上述溶液各5ml于6个10ml离心管中,称取4种吸附剂(③巯基化壳寡糖;⑥香草醛壳聚糖;⑦羧甲基壳聚糖;⑧交联香草醛壳聚糖)各0102g分别放入离心管中,摇匀,并调节pH至710～715。把以上所有样品都放置在气浴恒温震荡器中,在常温下震荡8h,使反应完全。

将③号、⑦号加入5ml无水乙醇使吸附剂析出,再用离心机在7000rpm下离心20min,将上清液倒入10ml试管中,用原子吸收分光光度计测定各上清液的吸光度。

将⑥号、⑧号用离心机在7000rpm下离心20min,将上清液倒入10ml试管中,用原子吸收分光光度计测定各上清液的吸光度。

分别重复上述实验,做空白比较,然后根据公式(1)计算吸附率。

1.3 各吸附剂对于含铅多种离子的竞争吸附方法

制备金属离子(Pb2+、Cr3+、Cd2+)混合溶液,使各金属离子浓度均为50mg/L。

称取9种吸附剂(分别为:①香草醛壳寡糖;②壳寡糖硫酸酯;③巯基化壳寡糖;④羧甲基壳寡糖;⑤壳寡糖;⑥香草醛壳聚糖;⑦羧甲基壳聚糖;⑧交联香草醛壳聚糖;⑨壳聚糖)各0102g于10ml离心管中,分别加入5ml制备好的金属离子混合溶液,摇匀,并调节pH至7～715。把以上所有样品都放置在气浴恒温震荡器中,在常温下震荡8h,使反应完全。

将②号、⑥号、⑧号、⑨号用离心机在7000rpm下离心20min,将上清液倒入10ml试管中,用原子吸收分光光度计测定各上清液的吸光度。

将①号、③号、④号、⑤号、⑦号各加入5ml无水乙醇使吸附剂析出,再用离心机在7000rpm下离心20min,将上清液倒入10ml试管中,用原子吸收分光光度计测定各上清液的吸光度。

重复以上实验,做空白比较,然后根据公式(1)计算吸附率。

2 结果与讨论

2.1 各吸附剂对同一浓度铅离子的吸附率比较

壳聚糖、壳寡糖及其衍生物中含有大量的游离氨基,且氨基邻位是羟基,可借氢键形成具有类似网状结构的笼性分子,从而对金属离子有着稳定的配位作用[9]。H-或OH-影响着吸附剂吸附性能的大小,在pH值太低时-NH2被大量质子化成为-NH3

+,大大削弱了氨基的螯合作用,使其吸附量降低;而当OH-大量存在时,金属离子又会优先与OH-结合,同样降低了吸附剂对金属离子的吸附能力。因此,实验选择在pH值710～715进行吸附实验。如图1所示,在吸附剂用量、pH值等一切外在因素相同的条件下,各吸附剂对铅离子的吸附率均已达到85%以上,吸附能力为:CTSV-G>CTSV>CM-CTS>O-CTS-SH>O-CTS>O-CTSV>CTS>O-CTSS>CM-O-CTS。

2.2 同一吸附剂对不同浓度的铅离子的吸附率比较

根据211试验结果,本节选择吸附效果较好的吸附剂(交联香草醛壳聚糖、香草醛壳聚糖、羧甲基壳聚糖、巯基化壳寡糖)进行吸附实验。如图2所示,各吸附剂在质量相同的情况下吸附率随着溶液浓度的增加而减小,即铅离子含量越低吸附越彻底。

2.3 各吸附剂对含铅多种离子的竞争吸附率比较

如图3所示,各吸附剂对3种离子都有吸附,但吸附率不同:对Pb2+的吸附效果最好,可达80%;对Cd2+的吸附效果次之,可达75%;对Cr3+吸附较少,在40%左右。各吸附剂对铅离子吸附较好,主要是因为在pH值710～715时,吸附剂本身对铅离子有高度的结合能力,其次铅离子分子量相对较大,也有利于吸附剂对其吸附。

3 小结

实验主要是将壳寡糖、壳聚糖及其衍生物共9种吸附剂用于对铅离子的吸附。在平行条件下对配制的铅离子溶液进行吸附,实验表明,各吸附剂吸附能力依次为:交联香草醛壳聚糖、香草醛壳聚糖、羧甲基壳聚糖、巯基化壳寡糖、壳寡糖、香草醛壳寡糖、壳聚糖、壳寡糖硫酸酯、羧甲基壳寡糖。从中选出了4种吸附效果较好的吸附剂对不同浓度的铅离子进行吸附研究,结果表明,各吸附剂在质量相同的条件下,吸附率随着溶液浓度的增加而减小;同时还进行了竞争吸附试验,吸附离子为Cr3+、Cd2+、Pb2+。吸附结果表明,在pH值为710～715时,各吸附剂对Pb2+的吸附效果最好。

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Research on Adsorption of SerialDerivatives of Chitooligosaccharide&Chitosan to Lead Ion

WANG Xin2ge,ZHANG Ge
(College ofUrban and Environmental Sciences,Liaoning Nor malUniversity,Dalian Liaoning 116029 China)

The adsorption abilities of the nine serial derivatives of chitooligosaccharide&chitosan to lead ion with the same concentration are compared and the results reveal the abilities of the derivatives are as follows from the strongest to the least:CTSV-G>CTSV>CM-CTS>O-CTS-SH>O-CTS>O-CTSV>CTS>O-CTSS>CM-OCTS;the adsorption ability of each derivative with the same quantity to lead ion with different concentrations is also compared,the results ofwhich indicate that the absorption rate decreases as the solution con2 centration increases.In addition,the competitive adsorption of different adsorbents to lead ion,cadmium ion and chromium ion is compared.The results discover that all absorbents have better adsorption effect on lead ion and cadmium ion with the efficiency of up to 80%than chromium with the efficiency of about 40%.

serial derivatives of chitooligosaccharide&chitosan;adsorption;lead ion

X17

A

1673-9655(2010)05-0011-03

2010-08-18

辽宁师范大学开放性实验室资金支持。

王昕鸽(1986-),女,京族,贵州省人,硕士研究生,研究方向:环境科学。