_酮戊二酸改性壳聚糖对金属离子的吸附性能_高永红

第31卷第1期2001年1月东南大学学报(自然科学版)JOURNALOFSOUTHEASTUNIVERSITY(NaturalScienceEdition)Vol.31No.1Jan.2001α酮戊二酸改性壳聚糖对金属离子的吸附性能高永红马全红邹宗柏(东南大学化学化工系,南京210096)摘要:利用壳聚糖上活泼氨基与α酮戊二酸进行Schiff碱反应,合成了对金属离子具有特殊螯合作用的生物高分子.研究了KCTS,SCTS,CTS对Cu(Ⅱ),Zn(Ⅱ),Co(Ⅱ)的静态吸附性能,结果表明,KCTS吸附性能优于SCTS和CTS,对Cu(Ⅱ),Zn(Ⅱ),Co(Ⅱ)的吸附容量(pH=7.0)分别为245.89,177.63,65.17mgg.采用正交试验法考察了金属离子浓度、介质酸度、吸附剂用量、吸附时间等因素对吸附剂去除金属离子能力的影响,其中金属离子浓度、介质酸度对吸附性能影响较大,而吸附剂用量、吸附时间对吸附性能影响较小.关键词:壳聚糖;α酮戊二酸;吸附;正交设计;化学改性中图分类号:X131文献标识码:A文章编号:1001-0505(2001)01-0104-03收稿日期:2000-07-13.作者简介:高永红,女,1972年生,硕士.甲壳素是一种从甲壳类动物的外壳中提取出来的高分子化合物,其价格低廉、资源丰富,是极具潜在实用价值的自然资源.经脱乙酰化处理后得到可溶性甲壳素———壳聚糖(CTS),其分子中含有大量的—NH2和—OH基团,是重金属离子的良好吸附剂,和其它水处理剂相比,可生物降解,对环境无二次污染.但CTS在吸附过程中因—NH2并未全部参予与金属离子的络合而使其吸附性能受到限制[1],因此近年来国内外学者对壳聚糖的化学改性进行了广泛的研究,制备了许多理化特性和用途不同的壳聚糖衍生物[2～4].曲荣君等曾研究了以水杨醛为改性剂,对壳聚糖进行化学修饰,产物SCTS在吸附性能方面有较大改善[5,6].本文采用α酮戊二酸改性壳聚糖(KCTS),合成了具有较高吸附容量的壳聚糖衍生物,与水杨醛相比,除引进羰基与—NH2反应外,同时引进羧基,能与金属离子形成稳定的五元环螯合物,可有效去除废水中的重金属离子.采用正交试验法考察了金属离子溶液浓度、介质酸度、吸附剂用量及吸附时间对金属离子去除率的影响,为进一步研究和开发壳聚糖及其衍生物在提取和回收重金属离子及处理工业废水方面提供了一定的理论依据.1实验方法1.1材料与仪器750型傅立叶变换红外光谱仪(Licolet公司),日立18080型塞曼原子吸收分光光度计(日本),ZD2型调速多用振荡器(江苏金坛环保仪器厂),DDS11A型电导率仪(上海雷磁仪器厂),781磁力搅拌器(杭州仪表电机厂),pHS2型精密酸度计(上海雷磁仪器厂).壳聚糖(南通水产研究所,脱乙酰度在75%左右),水杨醛、α酮戊二酸、CuSO4·5H2O,ZnSO4·7H2O,CoSO4·7H2O均为分析纯.1.2金属离子溶液的配制准确称取一定量的CuSO4·5H2O,ZnSO4·7H2O,CoSO4·7H2O,用重蒸馏过的去离子水溶解定容,以原子吸收光谱法测得各金属离子准确浓度分别为101.02,98.34,65.98mmolL.按正交表(见表2)将它们分别配成pH为4,5,6,7(Co2+溶液的pH为5,6,7,8)浓度为0.5,0.4,0.3,0.2mmolL的溶液备用.1.3吸附剂的制备KCTS的合成4.5g壳聚糖用蒸馏水充分溶胀后,加入6.13g的α酮戊二酸,室温下搅拌,得到透明的粘性溶液,用0.1molL氢氧化钠溶液调pH至4～5,搅拌反应4h.缓慢加入硼氢化钠溶液,硼氢化钠与α酮戊二酸的摩尔比为1.8,稀盐酸调pH至6～7,再反应24h.将混合物缓慢倒入95%乙醇中,KCTS析出,继续搅拌1h,使KCTS完全析出.减压抽滤,滤出物依次用50mL无水乙醇、无水乙醚洗涤3～4次,转入索氏提取器中用乙醇连续萃取6h,红外干燥,得4.37g白色粉末状固体,采用电导滴定法测得取代度为0.53.SCTS的合成SCTS的合成按文献[5]方法制备.1.4吸附性能测试吸附容量准确称取一定量吸附剂加入到20mL金属离子溶液中,25℃下振荡12h,静置6h,过滤,用原子吸收光谱法测定吸附前后溶液中金属离子浓度的变化,依Q=V(C0-C1)W计算吸附容量Q.式中,V为金属离子溶液体积;W为吸附剂干重;C0和C1分别为吸附前后溶液中离子浓度.金属离子的去除能力在50mL金属离子溶液中加入一定量的吸附剂,室温下振荡一定时间后过滤,用原子吸收光谱法测定吸附前后溶液中金属离子浓度的变化,金属离子的去除率=(C0-C1)C0.2结果与讨论2.1吸附剂的吸附容量表1是壳聚糖及其衍生物在不同pH时对金属离子的吸附容量.实验结果表明,在相同条件