壳聚糖稳定纳米铁去除地表水中Cr-污染的影响因素

第29卷�第2期2010年��3月环�境�化�学ENVIRONMENTALCHEMISTRYVo.l29,No.2March��2010�2009年2月26日收稿.�*天津市自然科学基金重点项目(07JCZDJC01800)和教育部博士点新教师基金资助(20070055053).�**通讯联系人,Te:l022�23504302,E�mai:ljinzh@nankai�edu�cn壳聚糖稳定纳米铁去除地表水中Cr(�)污染的影响因素*张�娜1�耿�兵1�李铁龙1,2�金朝晖1,2**(1�南开大学环境科学与工程学院,天津,300071;2�环境污染过程与基准教育部重点实验室,南开大学,天津,300071)摘�要�以壳聚糖为稳定剂,制备纳米零价铁颗粒,TEM表征结果显示:其粒径分布范围为20150nm,平均粒径为82�4nm.研究表明,壳聚糖稳定的纳米铁去除Cr(�)的还原反应符合一级反应动力学方程.溶液中投加稳定剂壳聚糖,当壳聚糖浓度为150mg!l-1时,80min内表观一级动力学常数kobs约为空白溶液的2倍;干扰离子Ca2+,Mg2+,HCO-3和CO2-3对壳聚糖稳定纳米铁去除Cr(�)的批试验结果显示,Ca2+和Mg2+在80min内使壳聚糖稳定纳米铁对Cr(�)去除率分别降低了约20%和10%;HCO-3和CO2-3的存在使去除率降低了约10%.关键词�纳米铁,地表水,六价铬,影响因素.��金属铬广泛应用于冶炼、电解、医药、电镀、纺织、印染、造纸与无机颜料制造等行业,这些行业均产生大量的工业废水,由于不合理排放,经常导致严重的地表水水质污染问题.铬在自然界中主要以Cr(∀)和Cr(�)两种形态存在,其中Cr(�)具有高致癌性、高毒性和高迁移性[1],所以如何治理Cr(�)污染问题已经引起各国政府及环境工作者的关注和重视.修复Cr(�)污染的传统方法主要有:吸附法、化学沉淀法、生物修复法等[2].近年来国内外研究人员开发了一些新的Cr(�)污染控制技术,其中用零价铁尤其是纳米级零价铁还原去除水体中的Cr(�)已成为一个非常活跃的研究领域[3].但是普通纳米级零价铁在空气中稳定性差,易于氧化失活甚至自燃,为便于纳米铁的使用和运输,利用负载和包覆方法制备稳定纳米铁已成为当前的研究热点.��壳聚糖是一种高分子化合物,由于其结构中含有大量羟基(OH)、氨基(NH2),使得壳聚糖可以通过静电作用、共价交联、大分子复合、吸附和氢键等作用与其它的物质形成多种类型的纳米复合材料.同时壳聚糖来源丰富、廉价,具有较好的生物相容性和可生物降解性,不会产生二次污染.��本研究以壳聚糖为稳定剂,通过简单的液相还原法制备了具有较高活性的纳米零价铁.在前期的研究报道中我们对一些影响因子如pH值、温度、时间、Cr(�)浓度等对壳聚糖稳定纳米铁去除Cr(�)的影响进行了深入分析[4].现在已有工作基础上对壳聚糖稳定纳米铁去除Cr(�)的活性进行评价,通过批实验进一步探讨了Ca2+,Mg2+,CO2-3和HCO-3等离子对壳聚糖稳定纳米铁去除Cr(�)的影响,为壳聚糖稳定纳米铁的实际应用提供参考.1�实验部分1�1�壳聚糖稳定纳米铁的制备及表征��将分子量为100000的壳聚糖溶解于0�05mol!l-1的HNO3溶液中,得到质量百分含量为0�5%的壳聚糖硝酸溶液,使用前通过0�22�m的微孔滤膜过滤去除不溶部分,然后向1�5ml上述壳聚糖溶液中加入8�5ml含有0�1489gFeSO4!7H2O的水溶液,氮气除氧15min,搅拌15min使之混合均匀,在搅拌下向混合溶液中滴加5mL0�2mol!l-1新配制的KBH4溶液,反应30min,得到黑色的纳米铁溶液.用磁选法分离出壳聚糖稳定的纳米铁粒子,然后用脱氧去离子水洗涤3次,得到壳聚糖稳定纳米铁复合粒子.将壳聚糖稳定纳米铁溶解于脱氧乙醇中,利用透射电镜(Philips公司EM400ST)对壳�2期张娜等:壳聚糖稳定纳米铁去除地表水中Cr(�)污染的影响因素291�聚糖稳定纳米铁的粒度、形貌进行分析.1�2�Cr(�)浓度预实验��向装有壳聚糖稳定的纳米铁的血浆瓶中加入100ml含有不同浓度的Cr(�)溶液(浓度分别为10,20,40mg!l-1),调节体系初始pH值为6,在常温常压下放入气浴恒温振荡器(江苏金坛医疗仪器厂THZ�82B)中以220r!min-1振荡,根据预先设定的时间取样,水样经0�22�m滤膜过滤后采用二苯碳酰二肼分光光度法[5](美国瓦里安公司Cary50紫外与可见分光光度计)测定水样中残留Cr(�)的浓度.1�3�各种共存离子对壳聚糖稳定纳米铁去除Cr(�)的影响实验��向装有壳聚糖稳定的纳米铁的血浆瓶中加入100ml含有共存离子(Ca2+,Mg2+,CO2-3,HCO-3和壳聚