塔拉胶/壳聚糖复合膜的制备及其对Pb2+吸附的应用研究

刘云鹤 关荐伊 高洪成 刘小东 吴效楠 李晓旋

（承德石油高等专科学校，河北 承德 067000）

随着我国工业化程度逐渐提高，人民生活水平日益提高，由此产生的环境问题也日益严重，尤其是水环境污染的问题已成为目前全人类的重大挑战。水污染中的重金属离子是一种重要的且很难去除的污染物，不仅会对自然环境产生严重的危害，而且对人身健康也有巨大的危害，目前水体中重金属污染物的有效去除已成为国家和社会关注的热点。

重金属的污染主要来源于矿山开采、冶金、电镀等排放的废水，以及排放废水渗透扩散至地下水等引起的二次污染。典型重金属离子污染主要有铜、镉、铅、汞等。重金属种类和价态的不同引发的危害也不同，Pb2+在常见废水中含量较高，Pb2+会严重损害人体的中枢神经系统的生理功能，而且对肝、肾、脑等的细胞活性也有严重损害。

重金属污染常见的处理方法包括化学沉淀法、离子交换法、电化学法、吸附法和膜分离法等。化学沉淀法多用于重金属污染浓度较高工业废水，对重金属离子含量较低的生活污水处理效果较差；离子交换法和电化学法虽然具有较高的处理效率，但成本相对较高。膜分离技术是以特殊膜材料作为介质，通过吸附、渗透等实现污染物的分离，具有操作简单，分离效率高等优点。壳聚糖和塔拉胶作为天然生物高分子材料，具有绿色环保，成本较低，容易获得等优点。利用其制备复合塔拉胶/壳聚糖膜用于重金属离子的吸附分离具有较高实际意义。

1 实验部分

1.1 实验试剂与仪器

试剂：壳聚糖，塔拉胶，无水乙醇，冰醋酸，盐酸，戊二醛，硝酸铜均为分析纯；蒸馏水。

仪器：恒温磁力搅拌器，超声波清洗器，离心机，分光光度计，电子分析天平，电热鼓风干燥箱，高温箱式电阻炉，集热式恒温磁力搅拌器。

1.2 塔拉胶/壳聚糖复合膜的制备

取一定量的壳聚糖，用稀醋酸溶解，配制成 5%～10%的壳聚糖醋酸溶液。另取一定量的塔拉胶，配制成 5%～20%的塔拉胶水溶液。分别量取一定体积的壳聚糖醋酸溶液和塔拉胶水溶液，在恒温磁力搅拌器转速为275 rpm搅拌下充分混合4 h。利用聚四氟乙烯模具将混合完全的壳聚糖-塔拉胶溶液浇筑成10 cm×5 cm的湿膜。待湿膜表面成型后加入无水乙醇，使复合膜充分交联老化24 h，即得塔拉胶/壳聚糖复合膜。

1.3 塔拉胶/壳聚糖复合膜的Pb2+吸附实验

配制100mL 90mg/L的Cu2+溶液于锥形瓶中，准确称取制备的塔拉胶/壳聚糖复合膜0.10 g于上述锥形瓶中，并转移至空气浴摇床中，温度控制在30 ℃，转速设定为160 rpm/min，吸附时间为6 h；吸附完成后，取上层清液，用原子吸收分光光度计测定溶液中重金属离子的浓度，并计算出塔拉胶/壳聚糖复合膜对Cu2+的单位吸附容量Q。

2 结果及讨论

2.1 壳聚糖浓度对复合膜吸附性能的影响

壳聚糖浓度不同制备的复合膜对Pb2+的吸附性能影响较大。按体积比1：1的比例，将不同浓度的壳聚糖醋酸溶液与 10%的塔拉胶溶液混合浇筑制备复合膜。为当壳聚糖醋酸溶液浓度为 5%时，制备得到的复合膜对 Pb2+的吸附率最低，仅为72%。随着壳聚糖浓度的升高，复合膜对Pb2+的吸附率逐渐升高，当浓度达到8%时，复合膜对Pb2+的吸附率最高，达到86%。为此，选择壳聚糖的浓度为8%进行后续实验的研究。

2.2 塔拉胶浓度对复合膜吸附性能的影响

接下来，按体积比1：1的比例，将不同浓度的塔拉胶溶液与8%的壳聚糖醋酸溶液混合浇筑制备复合膜。当塔拉胶溶液浓度为5%时，制备得到的复合膜对Pb2+的吸附率最低，仅为 81%。随着壳聚糖浓度的升高，复合膜对 Pb2+的吸附率逐渐升高，当浓度达到15%时，复合膜对Pb2+的吸附率最高，达到91%。为此，选择壳聚糖的浓度为8%进行后续实验的研究。

3 结论

本论文以壳聚糖和塔拉胶为原料，利用共混浇筑的方式制备了塔拉胶/壳聚糖复合膜，通过研究不同壳聚糖浓度以及塔拉胶浓度考察了制备复合膜对Pb2+的吸附性能。结果表明，以8%的壳聚糖醋酸溶液和15%的塔拉胶水溶液制备的复合膜对Pb2+吸附效率最高，可达91%，在含Pb2+重金属离子废水的处理领域具有较高的潜在应用价值。