壳聚糖-纳米二氧化钛微球处理染料废水的研究

童旻敏

（长沙长郡中学，湖南长沙 410023）

壳聚糖-纳米二氧化钛微球处理染料废水的研究

童旻敏

（长沙长郡中学，湖南长沙 410023）

以壳聚糖－纳米二氧化钛微球为絮凝剂处理染料废水，研究了其对染料废水的脱色性能和COD的去除率。初步考察了p H值、壳聚糖－纳米二氧化钛微球对脱色效果的影响，比较了壳聚糖与壳聚糖－二氧化钛微球处理艳蓝染料废水的数据，壳聚糖－纳米TiO2的脱色效果和COD的去除率明显优于壳聚糖，实验结果表明用壳聚糖－纳米TiO2是处理难降解染料废水的有效方法。

壳聚糖－纳米二氧化钛微球；染料废水；脱色性能

染料废水是一种色度高、有机污染物含量高且组分复杂、化学需氧量（COD）和生物需氧量（BOD）高的废水，其水质变动范围大。染料废水的脱色一直是困扰人们的一大难题，染料废水的色度是由残留在水中的染料所造成的，染料大致可分为水溶性和非水溶性两大类[1]，水溶性染料一般为难降解的有机化合物，其化学结构使许多氧化剂对其无效，也使常规活性污泥中的细菌无法吞噬破坏，以致造成了污水脱色的困难。近年来对无毒的天然高分子絮凝剂的开发应用越来越受到人们重视，壳聚糖是一种天然高分子絮凝剂，广泛存在于自然界中，壳聚糖具有良好的絮凝作用，与传统的化学絮凝剂相比较具有投加量少、沉降快、去除效率高、污泥易处理、无二次污染等特点，在废水处理方面具有广阔的应用前景，但是单一的壳聚糖处理染料废水的效果并不特别理想，且壳聚糖只溶于酸性水溶液且易水解[2-4]。课外创新试验中将壳聚糖与二氧化钛复合制备壳聚糖－二氧化钛微球处理染料废水，通过比较壳聚糖与壳聚糖－二氧化钛微球处理模拟艳蓝染料废水的数据，为工业规模化处理艳蓝染料废水或其他染料废水提供参考。

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

壳聚糖，脱乙酰度＞90%；活性艳蓝，KN-R；戊二醛，50%；乙酸，分析纯；NaOH，分析纯；钛酸丁酯，分析纯。

EL-32K电子天平：上海上天精密仪器有限公司；UV-1200紫外可见分光光度计：上海美谱达仪器有限公司；JP-C100B超声波振荡器：北京中西远大科技有限公司。

1.2 模拟废水的配制

准确称取一定量的艳蓝溶于1 L的容量瓶中，定容至刻度，摇匀，配制好浓度为60 mg／L的艳蓝溶液即为模拟废水。

1.3 壳聚糖-纳米二氧化钛微球的制备

取40 ml 0.0125 g／L的壳聚糖乙酸溶液于烧杯中，将其放入超声振荡器中，用两支干燥洁净的胶头滴管吸取8ml 50%的戊二醛做交联剂和8 ml的钛酸丁酯同时逐滴加入到壳聚糖乙酸溶液中，并不断搅拌。将其超声5 min后取出，然后加入0.4 mol／L的氢氧化钠调到p H等于7，进行抽滤，将所得滤饼经洗涤后于40℃下干燥，取出则得到壳聚糖－纳米二氧化钛微球。

1.4 壳聚糖-纳米二氧化钛微球脱色实验

取上述模拟染料废水，在废水中加入一定量的壳聚糖－纳米二氧化钛微球，控制溶液p H值，置于超声振荡器中进行室温超声降解反应，搅拌一定时间后，静置，过滤溶液，测定吸收曲线及其吸光度并计算脱色率R。

脱色率计算公式：

脱色率R＝（1－A／A）×100%

式中：A——处理后的吸光度

A——处理前的吸光度

同时根据国家标准分析方法（GB 11914－89）测定样品化学需氧量（COD）的去除率以评价壳聚糖－纳米二氧化钛微球处理染料废水的性能。

2 结果与讨论

2.1 p H值对脱色率的影响

取20 ml初始浓度为60 mg／L艳蓝溶液，加入适量壳聚糖－纳米二氧化钛微球，改变溶液p H值，测定脱色率，结果如表1，p H值对脱色效果有较大的影响，实验中必须控制合适的p H范围，脱色率在p H<7时随着p H的升高而增大，当p H为7时脱色率最大为97.20%，再增大时脱色率迅速降低，故本实验最佳选用p H为7。

2.2 壳聚糖-纳米TiO2投加量对脱色率的影响

取20 ml初始浓度为60 mg／L艳蓝溶液，改变壳聚糖－纳米二氧化钛微球的加入量，测定其脱色率，结果如表2，从结果看脱色率随着壳聚糖－纳米二氧化钛微球投加量的增加先是升高，当投加质量浓度为350 mg／L时脱色率达到最高值而后开始下降，这说明当投加量太少时，染料分子与壳聚糖－纳米二氧化钛微球没有充分的反应使脱色率降低，当壳聚糖－纳米二氧化钛微球量太多时，由于阳离子型絮凝剂分子之间存在着斥力，因此会使沉降时间，延长脱色时间，影响脱色效果，故本实验最佳壳聚糖－纳米二氧化钛微球投加质量浓度为350 mg／L。

表1 p H值对壳聚糖－纳米二氧化钛微球处理艳蓝溶液的影响

表2 壳聚糖－纳米二氧化钛微球投加量对脱色率的影响

2.3 壳聚糖与壳聚糖-纳米TiO2脱色效果比较

取20 ml初始浓度为60 mg／L艳蓝溶液，按本文1.4方法进行脱色实验，测定其脱色率，比较壳聚糖与壳聚糖－纳米TiO2脱色效果，结果如表3，从表3可以看出，壳聚糖－纳米TiO2的脱色效果明显优于壳聚糖。

表3 壳聚糖与壳聚糖－纳米TiO2脱色效果对比

2.4 壳聚糖与壳聚糖-纳米TiO2对COD去除效果的比较

取20ml初始浓度为60mg／L艳蓝溶液，按本文1.4方法进行脱色处理，测定壳聚糖与壳聚糖－纳米TiO2在处理废水前后的COD，结果见表4。

表4 壳聚糖与壳聚糖－纳米TiO2对COD去除效果对比

从表4可以看出，壳聚糖－纳米TiO2的COD去除率明显高于壳聚糖，因此用壳聚糖－纳米TiO2是处理难降解染料废水的有效方法。

3 结 论

1）壳聚糖－纳米TiO2处理染料废水的最佳p H值为7，最佳投加量为350 mg／L，在最佳工艺条件下，壳聚糖－纳米TiO2的脱色率可达96.2%，COD去除率可达96.75%；

2）通过对比实验，壳聚糖－纳米TiO2的脱色效果明显优于壳聚糖，壳聚糖－纳米TiO2的COD去除率明显高于壳聚糖，因此用壳聚糖－纳米TiO2是处理难降解染料废水的有效方法。

[1]华登峰.壳聚糖、硫酸铝、聚铝对印染废水脱色处理的对比[J].青岛大学学报，2004，19（3）：23－29.

[2]Liu C G，Desai K G H，Chen X G，et al.Linolenic acid-modified chitosan for formation of self-assembled nanoparticles[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2005，53（2）：437－441.

[3]姜聚慧.TiO2光催化降解活性艳兰KN-R的研究[J].环境科学与技术，2010，33（5）：46－50.

[4]田秀兰.纳米二氧化钛的合成及其在环保领域的应用[J].节能与环保，2006（8）：81～82.

Study on the Dye Wastewater Treatment of Chitosan-Nano-TiO2Microsphere

Tong Min-min
（Changjun Middle School of Changsha，Changsha Hunan 410023，China）

Using chitosan-nano-TiO2microsphere as flocculants，the decolorization of dyes wastewater and the removal rate of chemical oxygen demand（COD）have been studied.The influencing factors that affect the decolorization performance，such as the p H，chitosan-nano-TiO2microsphere，etc are investigated.Compared by the data of treating brilliant blue KN-R dye wastewater with chitosan and chitosan-nano-TiO2microsphere respectively，the results show that chitosan-TiO2composite chitosan flocculant has a more higher decolorization rate and COD removal than a single brilliant chitosan，the results of the experiment show that it is an effective method to treat refractory dye wastewater with chitosan-nano-TiO2.

chitosan-nano-TiO2microsphere；dye wastewater；decolorization performance

TQ113.29

B

1003-6490（2015）03-0060-02

2015－03－10

童旻敏（1998－10），女，汉族，湖南省株洲市人，长沙长郡中学学生，2014年暑假参加学校创新实验成果。电邮705239805＠qq.com