海参营养素纳米制剂的制备及对重金属铬离子吸附性研究

王卓 张红梅 王媛 吕建洲

(辽宁师范大学 辽宁大连 116031)

水体中重金属污染物的来源广泛,主要的是工矿企业排放的废物和污水。由于各方面的技术不成熟、设备落后、环保意识缺乏等原因,造成不少重金属离子进入水体,已经远远超出了自然水体的自净能力,造成水环境严重污染[1]。重金属污染指由重金属或其化合物超过一定的浓度排放标准所造成的环境污染[2],其污染主要来源于化工、采矿、金属冶炼及加工、电镀等行业,以及农用杀虫剂和生活污水等。水体中重金属铬的危害铬污染的毒理作用主要表现为:毒性:Cr0、Cr2+无毒或毒性很小,Cr3+难吸收,毒性不大Cr6+毒性比Cr3+大100倍。

海参含有丰富的蛋白质和黏多糖,营养和药用价值极高。含有较多矿物质:主要有钙、磷、铁、镁 碘、硒等;蛋白质:含18种氨基酸、牛璜酸等;活性成份:海参素、海参皂甙、酸性粘多糖、β胡萝卜素、海胆紫酮、牛璜酸、虾黄等。纳米材料由于其独特的表面效应,体积效应以及量子尺寸效应,使得材料的电学,力学,磁学,光学等方面产生了惊人的变化。

1 实验仪器与试剂

超声仪、电子分析天平、扫描电镜、精密酸度计、原子分光光度计、磁力搅拌机。

海参营养素、盐酸,氢氧化钠,重铬酸钾(K2Cr2O7)。

2 实验方法

2.1 标准溶液的配置与标准曲线绘制

标准溶液的配置:准确称取1.413g重铬酸钾固体溶解,然后移在500mL容量瓶中定容,配制成100mg/L的Cr6+的标准溶液。标准曲线绘制:吸取100mg/L的重铬酸钾溶液0、1.0、2.0、6.0、8.0、10.0ml分别于6个100ml容量瓶中,用双蒸水定容、摇匀。在紫外分光光度计上测定其吸光度,绘制标准曲线。

2.2 纳米制剂的制备

将300ml配置好的1mg/ml海参营养素溶液平均分成3份,分别进行30min磁力搅拌、30min超声;30min超声、30min磁力搅拌和一组空白对照,用光学显微镜观察颗粒形状,在电镜下观察哪一组较均匀。

表3-1 纳米海参营养素用量对Cr6+的吸附量

表3-2 pH值对纳米海参营养素吸附Cr6+吸附率的影响

2.3 絮凝剂用量对絮凝效果的影响

用移液管分别取20ml、30ml、40ml、50ml、60ml的纳米溶液和非纳米溶液加入到锥形瓶中,再各加入5ml配置好的Cr6+标准溶液,在恒温振荡器上振荡2h,离心取上清液,用原子分光光度计测定吸附后Cr6+的浓度,确定最佳絮凝剂用量。

2.4 pH值对絮凝效果的影响

用移液管移取5ml Cr6+溶液5份,用HCI将溶液调至pH为2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,再向其中各加入海参营养素溶液40ml定容至50ml,在恒温振荡器上振荡2h,离心取上清液,用原子分光光度计测定溶液中剩余的Cr6+含量。

3 结果与分析

3.1 纳米海参营养素制备的最佳工艺条件

磁力、超声搅拌时间对纳米海参营养素制备产生影响,一般50min就可以出现良好的分散状态。但超过一定的时间限度,则会出现絮状物,所以将超声时间确定为30min。

3.2 海参营养素、纳米海参营养素吸附金属离子性能的比较

20℃时,取pH=6.0,浓度为100mg/L的Cr6+溶液5mL,加入40mL浓度为1.43mg/mL的纳米海制剂和非纳米制剂吸附120min。经研究得到纳米海参营养素对铬的吸附量为72.7mg/g;吸附率为83.2%;而非纳米制剂的吸附容量和吸附率为69.2%、79.1%。因为纳米化后,有更多的-NH2和-OH被释放出来,增大了基团螯合吸附金属离子的能力。

3.3 纳米海参营养素吸附重金属离子的最佳用量

20℃时,取pH=6.0,浓度为100mg/L的Cr6+溶液浓度为1.00mg/mL的纳米海参营养素溶液进行吸附,测定不同用量的纳米制剂对Cr6+的吸附情况。结果见下表3-1:

随着纳米制剂用量的增加对Cr6+的吸附吸附率越大,但它的单位吸附量呈现减小的趋势。当纳米制剂用量为40mL时,Cr6+的去除率均已达到最大,此后的去除率增加缓慢。因此我们确定纳米海参营养素的最佳用量为浓度为1.43mg/mL,体积为40mL。

3.4 纳米海参营养素吸附重金属离子的最佳pH

研究表明,吸附剂的吸附量与溶液的酸度有关。在不同pH值下纳米制剂对Cr6+的吸附情况,以期找出最佳吸附的pH值。实验结果如下表3-2:

由表3-2可以看出,pH值在2-5时,纳米海参营养素的吸附率比较低,随着pH值升高,纳米海参营养素的吸附量都有较大幅度的增加。当pH值在升高的条件下,纳米海参营养素对硌离子的吸附量和吸附率反而均成下降趋势。

[1]何新建,谢建军,李晟,等.木质素及其衍生物对重金属离子吸附性能研究进展[J].广东化工,2009(10).

[2]Lalvani S B,Hubeeer A,Wiltowski T S,Murphy D.Chromium adsorption by Lignin[J].Energy Sources,2000,22:45-56.