韓梅，韓艷爽，孫鳴謙，賀龍亭，賀景軒，畢韶丹

磁性殼聚糖材料對(duì)重金屬離子的吸附作用

韓梅，韓艷爽，孫鳴謙，賀龍亭，賀景軒，畢韶丹

（沈陽(yáng)理工大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110159）

磁性殼聚糖材料是一種新興的水處理吸附劑，對(duì)多種重金屬離子都有優(yōu)良的吸附效果，加上可磁性回收的特點(diǎn)，其受到了廣泛關(guān)注。綜述了磁性殼聚糖材料對(duì)銅、鉛、鉻、汞、鎳等不同重金屬離子的吸附規(guī)律，并對(duì)磁性殼聚糖材料的研究趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

磁性殼聚糖；吸附；重金屬離子

隨著我國(guó)工業(yè)的迅速發(fā)展，重金屬污染日益嚴(yán)重，其主要來(lái)源于金屬冶煉、化工生產(chǎn)等。重金屬離子具有毒性大、殘留時(shí)間長(zhǎng)、不易被生物降解等特點(diǎn)，對(duì)動(dòng)植物和人體健康有很大的危害。

重金屬處理通常有化學(xué)沉淀法、離子交換法、吸附法[1]、膜分離法、生物法等，其中吸附法由于操作簡(jiǎn)單、成本低、治理效果好等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。本文綜述了磁性殼聚糖微球的概況及其對(duì)重金屬處理的研究現(xiàn)狀，并對(duì)其發(fā)展進(jìn)行了展望。

1 磁性殼聚糖材料的概述

殼聚糖是一種天然的堿性多糖，主要存在于蝦蟹等動(dòng)物的甲殼中，在自然界中來(lái)源廣泛。殼聚糖分子中含有大量的氨基和羥基等配位基團(tuán)，對(duì)很多重金屬離子有良好的吸附作用，是一種生物相容、無(wú)毒害、可降解的吸附材料。但殼聚糖在酸性介質(zhì)中易溶解，穩(wěn)定性差，難于從吸附基質(zhì)中分離，極大地限制了其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用[2]。

磁性殼聚糖材料是將殼聚糖與磁性微粒相容后，通過(guò)交聯(lián)等反應(yīng)制得的一種微米級(jí)甚至納米級(jí)的吸附劑。磁性殼聚糖材料吸附污染物后，在磁場(chǎng)的作用下進(jìn)行回收，經(jīng)解吸處理，可重復(fù)利用。制備磁性殼聚糖材料的主要方法有交聯(lián)法、共沉淀法、噴霧干燥法、微凝膠模板法等。殼聚糖復(fù)合磁性物質(zhì)后，不僅增加了吸附劑的分離功能，還提高了機(jī)械強(qiáng)度和耐酸性，擴(kuò)大了吸附劑的應(yīng)用范圍。

2 對(duì)重金屬離子的吸附作用

磁性殼聚糖材料可用于吸附去除水中的多種重金屬離子，主要通過(guò)鰲合作用、靜電吸附、物理吸附等作用實(shí)現(xiàn)去除的目的。

2.1 對(duì)銅離子的吸附

崔京京[3]等制備了磁性殼聚糖微球，研究了其對(duì)銅離子的吸附性能。結(jié)果表明，該吸附劑具有優(yōu)異的吸附能力，在25 ℃、pH=6時(shí)，對(duì)250 mg·L-1的銅溶液吸附6 h可達(dá)飽和狀態(tài)。吸附符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和Langmuir模型，理論最大吸附量可達(dá)到256.62 mg·g-1，吸附劑回收再利用5次后，吸附量變化不大。傅明連[4]等以Fe3O4為磁核制備了磁性殼聚糖微球。結(jié)果表明，該微球在30 ℃、pH為5.0時(shí)，對(duì)50 mL 300 mg·L-1的銅溶液吸附24 h ，吸附量可達(dá)32.89 mg·g-1。吸附遵循 Langmuir 等溫吸附模型和擬二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)方程。

2.2 對(duì)鉛離子的吸附

常會(huì)[5]等通過(guò)共沉淀法制備出磁性殼聚糖/氧化石墨烯吸附材料，用于吸附水體中的Pb（Ⅱ）。結(jié)果表明，室溫下Pb（Ⅱ）的質(zhì)量濃度為50 mg·L-1、pH為5時(shí)，吸附90 min吸附量達(dá)60.99 mg·g-1，吸附符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和Langmuir等溫模型，在外加磁場(chǎng)下，吸附劑具有較好的磁分離性能。吸附材料循環(huán)再生使用6次后，吸附量?jī)H下降16.72%，具有優(yōu)異的循環(huán)再生性能。FAN[6]等制備了磁性殼聚糖納米粒子，該吸附劑的飽和磁化強(qiáng)度為 33.5 emu·g-1，有很好的吸附能力和較快的吸附速率。對(duì)Pb（II）的最大吸附容量為79.24 mg·g-1，經(jīng)5次循環(huán)使用顯示出極好的可重復(fù)利用性。

2.3 對(duì)鉻離子的吸附

焦林宏[7]等制備了磁性殼聚糖吸附材料用于吸附鉻離子。結(jié)果表明，該吸附劑在323 K、pH=3時(shí)，對(duì)初始質(zhì)量濃度30 mg·L-1的鉻（Ⅵ）溶液吸附 80 min，去除率可達(dá) 95%以上，吸附遵循準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。馮輝霞[8]等制得復(fù)合磁性殼聚糖材料。研究表明，在15 ℃、pH為3.0時(shí)，吸附劑對(duì)鉻（Ⅵ）離子吸附6 h吸附量為47.8 mg·g-1，吸附過(guò)程符合Langmuir等溫模型和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，吸附為放熱反應(yīng)。吸附劑重復(fù)使用4次后，吸附量可達(dá)原來(lái)的79.1%。

2.4 對(duì)汞離子的吸附

張顯[9]等合成了磁性殼聚糖微球，考察了其對(duì)Hg2+的吸附性能。結(jié)果表明，該磁性吸附劑對(duì)Hg2+的飽和吸附量為0.83 mmol·g-1，10 min內(nèi)即可達(dá)到吸附平衡，可通過(guò)外加磁場(chǎng)對(duì)吸附劑進(jìn)行分離，該吸附劑具有良好的循環(huán)利用能力。饒琛[10]制備了磁性殼聚糖微球MCTS-g-AT，研究表明，該吸附劑對(duì)Hg（Ⅱ）的飽和吸附量為228.2 mg·g-1，吸附過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和Langmuir模型，吸附是自發(fā)的吸熱反應(yīng)。

2.5 對(duì)其他重金屬離子的吸附

商娟[11]等制備了磁性殼聚糖吸附劑用于吸附Cd（Ⅱ）。結(jié)果表明，當(dāng)pH為7.0時(shí)，對(duì)50 mL質(zhì)量濃度為50.0 mg·L-1的Cd（Ⅱ）溶液吸附12 h，吸附量為42.58 mg·g-1。吸附過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，吸附材料再生循環(huán)使用5次后，去除率仍在80%以上，其再生性能較好。韓小茜[12]等用制備的殼聚糖磁性微球吸附Ni2+。結(jié)果表明，pH =5.0時(shí)，對(duì) 0.1 mmol·L-1Ni2+吸附60 min，平衡吸附量為 4.725 mg·g-1。所測(cè)等溫吸附數(shù)據(jù)既符合Langmuir 模型，也符合Freundlich 模型。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前，磁性殼聚糖材料處理重金屬離子已經(jīng)進(jìn)行了許多研究，但多數(shù)還局限于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，還有很多需要深入研究的領(lǐng)域。

1）磁性殼聚糖微球的制備過(guò)程中，還常用到一些有毒有害的化合物，今后應(yīng)注重環(huán)保型吸附材料的研制。

2）目前，多數(shù)學(xué)者研究對(duì)一種重金屬離子的吸附性能，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水體中多種重金屬的吸附研究，以及對(duì)實(shí)際廢水的吸附研究。

3）大多數(shù)磁性殼聚糖材料缺乏選擇功能，解吸后的混合物難以得到有效利用。開(kāi)發(fā)具有選擇性的吸附劑，方便富集、分離和回收水體中的重金屬離子。

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[3] 崔京京. 磁性殼聚糖改性及其對(duì)銅離子吸附性能的研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2016.

[4] 傅明連，高果，韓煜，等.磁性交聯(lián)殼聚糖微球?qū)u2+的吸附性能研究[J].化學(xué)研究與應(yīng)用，2020，32（4）：664-670.

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Adsorption of Heavy Metal Ions by Magnetic Chitosan Materials

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（Shenyang Ligong University, Shenyang Liaoning 110159, China）

Magnetic chitosan material is a new kind of water treatment adsorbent, which has excellent adsorption effect on a variety of heavy metal ions, coupled with the characteristics of magnetic recovery, it has attracted wide attention. In this article, the adsorption law of magnetic chitosan materials to different heavy metal ions,such as copper, lead, chromium, mercury and nickel,were reviewed, and the research trends of magnetic chitosan materials was prospected.

Magnetic chitosan; Adsorption; Heavy metal ions

遼寧省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目支持（項(xiàng)目編號(hào)：201910144004）。

2020-08-26

韓梅（1998-），女，遼寧省遼陽(yáng)市人。

畢韶丹（1968-），女，副教授，研究方向：天然高分子材料。

TQ050.4+25

A

1004-0935（2021）01-0036-02