壳聚糖与海藻酸钠复合絮凝剂的效果研究

张 婧

（武汉职业技术学院生物工程学院，湖北武汉 430000）

壳聚糖与海藻酸钠复合絮凝剂的效果研究

张 婧

（武汉职业技术学院生物工程学院，湖北武汉 430000）

研究了壳聚糖与海藻酸钠复合后的絮凝特征。实验结果表明，壳聚糖与海藻酸钠制备的复合絮凝剂絮凝效果好，复合比例在1∶1的情况下，絮凝效果为最佳，有明显的脱色作用。用壳聚糖与海藻酸钠复合絮凝剂的作用效果受pH值影响，不同pH值下，脱色效果都是随着复合絮凝剂投加量的增多而提高，但超过一定用量后，脱色效果反而下降，同时在偏酸性条件下，脱色效果最好。复合絮凝剂具有除浊、脱色效果好，投药量低，在达到良好除浊效果的同时还能去除一定的铜离子和铬离子，并且有一定的COD去除率。

壳聚糖；海藻酸钠；脱色

壳聚糖作为一种天然的弱阳离子絮凝剂，分子中含有大量的氨基、羟基，性质较活泼，可修饰、活化和偶联，所以壳聚糖及其衍生物具备了絮凝剂和吸附剂的特性，对水体中的带负电荷的有机、无机微粒具有较好吸附作用。海藻酸钠是一种典型的阴离子多糖，其阴离子活性，主要来自分子中含有的羧基。海藻酸作为一种多糖絮凝剂，用于水处理已有50a的历史，由于其成本低、无毒副作用、脱水性能好。本文通过将将壳聚糖与海藻酸钠两个大分子电解质复合，形成聚合物，增加其架桥和网捕作用，提高絮凝效果。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

主要试剂：壳聚糖（浙江玉环海洋生物化学有限公司，脱乙酰度为92%），海藻酸钠（上海化学试剂公司），活性红染料，硅藻土，盐酸，乙酸，氢氧化钠，磷酸，氯化钠均为市购分析纯试剂。

主要仪器：DELTA 320 pH计，RC-6溶出度测试仪，UV-9100紫外分光光度仪，TAS-990原子吸收分光光度计。

1.2 絮凝剂的制备

取一定量的海藻酸钠、壳聚糖，分别加入一定量的醋酸（1%）溶液，分别配成海藻酸钠溶液和壳聚糖溶液。静置过夜，然后在搅拌下向壳聚糖溶液中加入等体积的海藻酸钠溶液，持续搅拌3 h。再向混合溶液中加入丙酮，沉淀析出。用蒸馏水将所得到的产物洗涤数次至中性，冷冻干燥，即得复合絮凝剂。

1.3 絮凝实验

以硅藻土配成500mg/L的模拟水样，调至一定pH值，根据复合絮凝剂比例的不同，进行了多次絮凝实验，将复合絮凝剂投入到100mL模拟废水中，快速（180r/min）搅拌2min，再慢速（60r/min）搅拌10min，静置60min后，取上清液测定剩余浊度。

1.4 脱色实验

用活性红染料配置成200mg/L的模拟印染废水，将复合絮凝剂投入到100mL模拟废水中，快速（180r/min）搅拌2min，再慢速（60r/min）搅拌10min，静置60min后，取上清液测定吸光度。

用可见分光光度计测定染料溶液的吸收光谱曲线，活性红的最大吸收波长为543nm，在最大吸收波长处，经文献介绍，吸光度的值和染料溶液质量浓度成线性关系，用测定吸光度法可以确定染料溶液中染料质量浓度。因此脱色率计算式为R=（1-C/C0）×100%

式中，R为染料溶液的脱色率，C为染料溶液脱色后的吸光度，C0为染料溶液脱色前的吸光度。

2 结果与讨论

2.1 壳聚糖与海藻酸钠复合比例对废水处理效果的影响

将海藻酸钠和壳聚糖分别配置成2g/L、4g/L、6g/L这三种浓度的溶液，按照复合絮凝剂的制备方法，得到不同复合比例的絮凝剂，海藻酸钠所占比例分别为0、25%、50%、75%、100%，得到的复合絮凝剂，称取一定量的絮凝剂，使其浓度为40mg/L，对模拟废水进行絮凝实验，得到浊度去除率（见表1）。

表1 不同复合比例对废水处理效果的影响

由表1看出，海藻酸钠和壳聚糖单独进行絮凝实验时，二者都有一定的除浊效果，但除浊效果很一般，几乎没有脱色效果，当海藻酸钠比例的有所增加时，除浊、脱色效果有所提高，当海藻酸钠和壳聚糖的比例达到1∶1时，除浊和脱色的效果最好，随着海藻酸钠比例继续提高，除浊和脱色效果反而下降，这是由于壳聚糖和海藻酸钠单独都有吸附作用，可以去除浊度，但无法脱色，当二者以1∶1的比例存在时，吸附中心变多，吸附效果增强，而且正负电荷相互抵消，沉淀的析出效果好，分子链增长，网捕作用增强，因此除浊和脱色效果最好。

2.2 投加量对脱色效果的影响

调节模拟废水的pH值为3、5、7、9，絮凝剂的投加量从2mg上升到10mg，考察模拟废水中絮凝剂的投加量与脱色效果的关系，结果见表2。

表2 絮凝剂投加量与脱色效果的关系 %

由表2可知，在不同pH值下，脱色效果都是随着复合絮凝剂投加量的增多而提高，但超过一定用量后，脱色效果反而下降，原因是随着絮凝剂用量的增多，体系溶液黏度增加，絮凝颗粒不易沉降，稳定性增加，出现稳定的“反胶”现象，脱色效果变差。观察表2发现，pH值在3~7时，当投加量为4mg时，脱色效果最好，可高达98%，在碱性条件下，絮凝剂的最佳用量变大，这是由于在酸性条件下，壳聚糖与海藻酸钠形成的复合絮凝剂，静电吸引作用强，与胶体粒子作用力强，有利于絮体沉降。但当待处理溶液的pH值增大，溶液处于碱性状态下，复合絮凝剂的溶解能力下降，架桥作用减弱，絮凝脱色主要是依靠网捕作用，因此最佳投加量增加，同时脱色能力也相对减弱。

2.3 复合絮凝剂对COD的去除效果

在弱酸性条件下（pH=5.0），溶液中Cu2+含量和Cr6+含量为20mg/L，向100mL模拟废水中投加复合絮凝剂的量从0.25g/ L增加至1.5g/L时，考查复合絮凝剂对铜离子和铬离子以及COD的去除率（见表3）。

表3 复合絮凝剂投加量对金属离子和COD的作用

由表3可知，随着复合絮凝剂投加量的增加，对铜离子和铬离子的去除率有升高的趋势，但COD的去除效果不明显，同时随着投加剂量的增加，去除率变化不大。

2.4 复合絮凝剂对金属离子的去除作用

在弱酸性条件下（pH=5.0），壳聚糖与海藻酸钠复合絮凝剂投加量为1g/L时，溶液中Cu2+含量和Cr6+含量从20mg/L增加到100mg/L，快速（180r/min）搅拌2min，再慢速（60r/ min）搅拌10min，静置60min。考查复合絮凝剂对铜离子和铬（Ⅵ）离子的去除效果。

表4 复合絮凝剂对铜离子和铬离子的作用效果

由表4看出，在复合絮凝剂投加量一定的情况下，铜离子和铬离子的去除率在低浓度的情况下，去除率较高，但随着离子浓度的增加，金属离子的去除率反而下降，由于复合絮凝剂的吸附活性点和功能官能团对金属有一定的螯合作用和吸附性，但随着离子浓度的升高，复配絮凝剂对金属离子的作用迅速达到饱和，因此随着离子浓度的增加，去除率反而呈下降趋势。

3 结论

壳聚糖和海藻酸钠都有一定的絮凝作用，单独作用时都有一定的除浊效果，但脱色效果甚微，几乎不能脱色，但是将壳聚糖与海藻酸钠复合，制备的复合絮凝剂作用效果好，复合比例在1∶1的情况下，絮凝效果为最佳，有明显的脱色作用。用壳聚糖与海藻酸钠复合絮凝剂的作用效果受pH值影响，不同pH值下，脱色效果都是随着复合絮凝剂投加量的增多而提高，但超过一定用量后，脱色效果反而下降，同时在偏酸性条件下，脱色效果最好，偏碱性情况下，脱色效果减弱。复合絮凝剂具有除浊、脱色效果好，投药量低，在达到良好的除浊作用效果的同时还能去除一定的铜离子和铬离子，并且有一定的COD去除率。

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Study on the Effect of Chitosan and Sodium Alginate Composite Flocculant

Zhang Jing

The Flocculation Characteristics of chitosan and sodium alginate were studied in this paper.The experimental results show that the composite fl occulant prepared by chitosan and sodium alginate has good fl occulation effect，and the fl occulation effect is the best when the ratio is 1：1.Effect of chitosan and sodium alginate composite fl occulant is affected by the pH value，pH value，the decolorization effect are increased with the increased amount of composite flocculant，but more than a certain amount，the decolorization effect decreased，while in acidic conditions，the decolorization effect is the best.The compound flocculant has good effect of removing turbidity and decoloring，and low dosage.It can also remove some copper ions and chromium ions in the removal of turbidity，and has a certain COD removal eff i ciency.

chitosan；sodium alginate；decolorization

X791

B

1003–6490（2017）03–0125–02

2017–03–17

湖北省教育厅科学技术研究项目指导性项目（B类项目）（2015SK009）。

张婧（1981—），女，陕西汉中人，讲师，主要研究方向为生物制药。