变性淀粉对铜离子吸附能力的分析

李佳珂

（河南省化工研究所有限责任公司，河南 郑州 450052）

变性淀粉对铜离子吸附能力的分析

李佳珂

（河南省化工研究所有限责任公司，河南 郑州 450052）

本文研究将改性淀粉用于工业废水中有害金属离子的吸附。考察了淀粉接枝聚合物离子吸附剂对铜离子的吸附。随着吸附时间的增加，铜离子浓度降低，说明接枝聚合物离子吸附剂对铜离子有一定的吸附效果，是一种有效的污水处理剂。

变性淀粉；吸附；废水处理

含重金属离子的废水对环境特别是对人类自身的危害很大。改性的天然高分子物质由于其自身一些独特的功能，可作为离子交换树脂和离子螯合剂，越来越广泛地被应用在治理重金属离子废水污染上。本文用原淀粉和几种不同的引发剂制成接枝变性淀粉，对铜离子进行吸附，实验结果表明，接枝淀粉的吸附效果不错。

1 实验材料和主要仪器设备

1.1 实验材料及化学试剂

冰醋酸，四氯甲烷，氨水，氯化钾，二水合柠檬酸三钠，高纯度的铜，铜试剂，乙二胺四乙酸二钠，硝酸，硫酸（均为分析纯）。

1.2 主要仪器设备

KS型康氏振荡器，LD4-2型离心机（0～4000r·min-1），SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵，pHS-25型pH计，722S分光光度计。

2 实验原理与方法

2.1 吸附机理

2.1.1 络合吸附

碱水解是将产物的憎水剂-CN转化为-CONH2﹑-COONa﹑-COOH，使其形成溶于水的网状结构。在酸性介质中，螯合剂分子中的羧基和酰胺基分别以-COOH和-CONH2的形式存在，不利于金属离子形成螯合物。pH升高，平衡向右移动，螯合剂分子中的羧基和酰胺基分别以-COO-和-CONH2的形式存在，有利于金属离子与其形成螯合物，但pH过高会引起金属离子水解，所以应控制pH范围。螯合剂吸附金属离子的主要形式为络合吸附和离子交换吸附两种，其中以络合吸附为主[1]。

2.1.2 碱水解

碱水解的反应式如下：

以M2+代表Cu2+等，M2+在水溶液中会发生水解，而且随着pH增大，水解程度加剧，直至产生沉淀。其反应式如下：

但M2+在水解的过程中还会发生配聚，使分子变大，电荷升高，如下式所示：

依次类推，M2+可水解配聚成四核﹑五核﹑六核等多核配位离子，随着络合物正电荷的增大，吸附剂与M2+络合物的亲合力变大，络合能力增强，反应式如下[2]：

2.1.3 离子交换吸附

当含M2+水溶液的pH≤2时，吸附剂仍能吸附部分的M2+，这可能与离子交换吸附有关：

2.2 铜溶液标准曲线的绘制

铜离子吸收的标准曲线绘制参见文献[3]。铜离子的标准吸收曲线见图1。

图1 铜离子的标准吸收曲线

2.3 吸附实验

取50mg变性淀粉吸附剂，放入装有100mL 50mg·L-1铜离子溶液的锥形瓶中，调节pH值为7，然后置于30℃﹑200r·min-1的摇床中振荡，开始计时，每隔15min取5mL溶液，用离心机离心分离，取上层清液1mL加于分液漏斗中，加水至50mL，加5.0mL乙二胺四乙酸二钠溶液，用氨水调溶液pH值为8～8.5，加5.0mL二乙基二硫代氨基甲酸钠(铜试剂)，摇匀，静置5min，加10mL四氯甲烷用力振荡2min，静置分层后在1h内进行测定。

吸干漏斗颈管内壁的水分后，塞入一小团脱脂棉，弃去最初流出的有机相，然后将有机相移入10mm的吸收池内，在440nm波长处以四氯甲烷为参比，测量吸光度。以试样的吸光度减去空白试验的吸光度后，从标准曲线查出相应的铜含量。

用50.0mL水代替试样，从步骤“加5.0mL乙二胺四乙酸二钠溶液”开始，进行操作。

铜离子溶液浓度的分析方法是利用在氨溶液中（pH=8.0～8.5），铜与二乙基二硫代氨基甲酸钠作用生成黄棕色络合物，在波长440nm处测定吸光度，与铜离子吸光度标准曲线相对照。

2.4 吸附量的计算

平衡吸附量按式（1）进行计算[4]：

式中，C0为吸附前铜离子浓度，mg·L-1；C为吸附后铜离子浓度，mg·L-1；V为被处理的铜离子溶液体积，mL；W为吸附剂干重，mg；Q为吸附平衡剂的量，mg∙·g-1（干基）。

2.5 几种淀粉的吸附性能的比较

图2给出了不同的改性淀粉产品对50mg·mL-1铜离子的吸附情况。由图中可看出，原淀粉和几种不同引发剂接枝的变性淀粉都具有很快的吸附速度，在120min都已经达到了吸附平衡。接枝淀粉的吸附量都在75mg·g-1以上，原淀粉的吸附效果很弱，基本上没有明显的吸附，吸附量不到10mg·g-1。以硝酸铈铵作引发剂的接枝淀粉的吸附量最高达到94.67 mg·g-1，而以高锰酸钾（料液比1∶10）和过氧水作引发剂相差不大，以高锰酸钾（料液比1∶100）作引发剂的接枝淀粉的吸附量最高只有78.63mg·g-1。

图2 5种淀粉的吸附性能比较

3 小结

通过比较分析，不同引发剂接枝的变性淀粉在达到吸附平衡时, 吸附量略有差异, 但总体上,接枝淀粉的吸附效果还是不错。

[1] Chitra Rajagopal, J.C. Kapoor. Development of adsorptive removal process for treatment of explosives contaminated wastewater using actived carbon[J]. Journal of hazardousmaterials B, 2001(87): 73-89.

[2] K. Kadirvelu, K. Thamaraiselvi, C. Namasivayam.Adsorption of nickel (Ⅱ) from aqueous solution onto activated carbon prepared from coirpith[J]. Separation and Purification Technology, 2001 (24).

[3] Vinod K. Gupta , Monoka Gupta and Saurabh Sharma. Process development for the removal of lead and chromium from aqueous solutions using Red Mud–An aluminium industry waster[J]. Wat.Res., 2001, 35(5): 1125-1134.

[4] 樊恒鑫.用“多化一”最小二乘法建立吸附动力学方程[J].西北大学学报，1995，25(4)：290-291.

Adsorption Capacity of Modified Starch for Copper Ion

LI Jiake
(Henan Chemical Industry Research Institute Co. Ltd., Zhenzhou 450052, China)

Modified starch was applied to absorb the harmful metal ion in industrial sewage. The absorption of grafting starch polymer absorbent to the copper ion was studied. With the increase of absorption time, the copper ion concentration was decreased. It was showed that grafting starch polymer absorbent had the absorption ability to the copper ion, and it was a effective sewage disposal agents.

modifed starch; absorption; sewage treatment

X 703

A

1671-9905(2017)04-0049-03

2017-02-21