改性壳聚糖对铬蓝黑R废水的脱色降解处理研究

改性壳聚糖对铬蓝黑R废水的脱色降解处理研究

齐霞 陈倩

（呼伦贝尔学院 内蒙古 呼伦贝尔 021008）

摘  要

本论文分别以改性壳聚糖为吸附剂，采用紫外分光光度法探究了吸附时间、吸附剂用量、溶液pH、溶液初始浓度因素下对铬蓝黑R废水的吸附性能。实验结果表明，铬蓝黑R初始浓度为30mg/L，含量19.40%的改性壳聚糖用量为0.4g，吸附时间为30min，pH为7时，铬蓝黑R废水的脱色率为96.13%。

关键词  铬蓝黑R；壳聚糖

1.引言

常见化学实验室“三废”有毒、有害，甚至剧毒或者强致癌，任意排放既污染生态环境，又威胁人及其他生物健康。其中废水排放量和处理难度最大[1]。如果直接排入河流，它会改变水的pH，危害水生物的生命，并且这些物质对人类健康非常有害[2]。铬蓝黑R又称钙指示剂，其固体很稳定，但水溶液发生聚合反应，不稳定、易变质，易成为实验室废水。处理实验室铬蓝黑R废水，可通过借助工业上处理印染废水的方法。

吸附法是处理印染废水常用的物理法，具有费用低、脱色效果好的特点[3]，壳聚糖是自然界中唯一的天然碱性多糖, 在天然有机化合物中，其含量仅次于纤维素，其高效的絮凝性，能有效除去溶液中的有机物，且净水效果好于传统活性碳[4]。壳聚糖在水处理中的应用过程有一定的局限性，如受在酸性或碱性条件下易发生变形，因此可以将壳聚糖改性，来弥补普通壳聚糖在吸附过程中的缺点[5]。

本文使用硅藻土负载壳聚糖制备改性壳聚糖，对铬蓝黑R废水进行脱色降解处理，探求铬蓝黑R废水进行脱色降解的最适条件。

2.实验部分

2.1实验仪器与药品

（1）主要试剂

铬黑蓝R（AR）、NaOH（AR）、冰乙酸（AR）、壳聚糖（AR）、硅藻土（AR）。

（2）主要仪器

紫外分光光度计（TU1810）、电子分析天平（BSA124S）、恒温水浴锅（HHW21.420）、紫外灯（GXZ-300）。

2.2实验原理

壳聚糖分子结构中存在大量游离的-NH2，其在酸性溶液中能与H+结合，使壳聚糖成为有高离子密度的聚阳离子型电解质。壳聚糖与带负电的铬蓝R废水相互接触，形成异种电荷的反应体系，可以降低溶液中带负电的有机物质的Zate电位，从而发生凝聚，形成大的凝絮体并沉淀，达到净化废水的效果[6]。

2.3改性壳聚糖的制备

取适量壳聚糖，再加入5%的冰乙酸，将烧杯至恒温磁力搅拌器上至溶解；加入5.000g硅藻土，用玻璃棒搅拌形成均匀胶体状；最后将所得胶体在烘干箱中烘干，壳聚糖的复合吸附剂。自然冷却到室温，进行吸附实验前，用研钵将固体粉碎后，备用。

2.4铬蓝黑R标准曲线的绘制

准确称取0.100g铬蓝黑R，定容于1000mL容量瓶中，铬蓝黑R的浓度为100mg/L。用移液管分别移取铬蓝黑R标准溶液0.00mL、2.00mL、4.00mL、6.00mL、8.00mL、10.00mL、12.00mL、14.00mL于50mL容量瓶中，用去离子水稀释，定容，摇匀。以去离子水为参比，在波长523nm处测定其吸光度，以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标绘制标准曲线，见图1所示。

图1铬蓝黑R溶液标准曲线的绘制

2.5实验方法

取一定量铬蓝黑R溶液于锥形瓶中，加入改性壳聚糖，控制吸附时间、吸附剂用量、溶液pH条件下进行实验，然后设定恒温水浴振荡器150r/min，震荡30min，抽滤后，取上层清液测定吸光度，计算脱色率。

脱色率由以下公式计算。

其中：C0、C为加入吸附剂前后溶液的浓度，mg/L；

3.实验结果与分析

3.1改性壳聚糖中壳聚糖含量对铬蓝黑R吸附能力的影响

分别移取50mL浓度为20mg/L的铬蓝黑R溶液于5只100mL锥形瓶中，依次加入0.300g含量分别为 10.70%、13.80%、16.70%、19.40%和 21.90% 的改性壳聚糖，设定恒温水浴振荡器150r/min，振荡反应30min，抽滤后，取上层清液测定铬蓝黑R溶液的吸光度，计算脱色率。

实验结果表明，加入含量19.40%的改性壳聚糖使铬蓝黑R废水的脱色率达到最高，之后壳聚糖含量升高，脱色率会降低。

3.2吸附时间对铬蓝黑R吸附能力的影响

分别移取5份30m/L铬蓝黑R溶液50mL加入5只100mL锥形瓶中。分别称取0.500g含量19.40%的改性壳聚糖5份，依次加入五只锥形瓶中，设定恒温水浴振荡器150r/min，振荡反应10min、20min、30min、40min、50min，抽滤后，取上层清液测吸光度，计算脱色率。

实验结果表明，在吸附初期，随着反应时间的增长，对铬蓝黑R脱色率也都随着增加，在30min后下降，对铬蓝黑R的吸附基本达到平衡，考虑到吸附剂的充分利用和吸附过程的时间效率，实验中吸附时间采用30min。

3.3吸附剂用量对铬蓝黑R吸附能力的影响

取6份30mg/L铬蓝黑R废水于6只锥形瓶中，依次加入0.100g、0.200g、0.300g、0.400g

、0.500g含量19.40%的改性壳聚糖，其设定恒温水浴振荡器150r/min，震荡30min，计算脱色率。

实验结果表明，随着吸附剂用量的增加，对铬蓝黑R溶液的脱色率不断提高，当吸附剂的用量超过0.400g时，脱色率逐渐下降。实验表明，最佳的吸附剂用量为0.400g。

3.4溶液pH对铬蓝黑R吸附能力的影响

移取50mL浓度为25mg/L的铬蓝黑R溶液9份。用1.0mol/LHNO3，1.0mol/LKOH分别将pH调节到2、3、4、5、6、7、8、9、10附近，依次加入0.400g含量19.40%的改性壳聚糖9份，计算脱色率。

实验结果表明，在pH=6~8的环境下改性壳聚糖对铬蓝黑R的脱色率较高；在偏酸环境下脱色率降低；原因是在酸性环境下，铬蓝黑R在水中的存在形式改变，造成吸附剂与铬蓝黑R结合比例降低，脱色率降低。因此改性壳聚糖对铬蓝黑R的吸附过程应该控制在pH=6~8的中性和偏弱碱环境下。在pH=7.0时，脱色率可达96.13%。

4.结论

本文以壳聚糖和硅藻土为原料，制备改性壳聚糖。在室温下，改性壳聚糖对30mg/L的铬蓝黑R废水的最佳脱色条件为改性壳聚糖用量为0.400g，吸附时间为30min，溶液pH为7，对铬蓝黑R的脱色率为96.13%。

参考文献

[1] 李芳蓉,张建民,刘凤霞,等.高校化学实验室废水污染防治对策[J].实验室研究与探索,2014,33(11):308-312.

[2]王鹏伟,王继芬.高校化学实验室废水处理绿色化探索与实践[J].化工设计通讯,2022,48(03):191-193.

[3]张斌,刘金海,冯晓辉.印染废水污染现状及其处理技术的发展[J].环保论坛,2011,(5):797-797.

[4]孟庆超.改性壳聚糖材料处理难降解废水的研究进展及其应用[J].辽宁化工,2022,51,(7)：1017-1018.

[5]袁菲,任文轩,黄泓润.改性壳聚糖处理生活废水、工业废水研究进展[J].山东化工,2020,49(15) :75-76.

[6]陈一新.改性壳聚糖处理重金属及有机物混合废水实验研究[D].沈阳:沈阳工业大学,2016.

致谢

首先非常感谢我的论文导师齐霞老师在论文写作过程给予我的帮助，其次就是矿业与化学化工学院诸位老师们对我的敦敦教导。最后感谢我的父母，他们一直是我的坚强后盾，在求学这条道路上，一直给予我鼓励。然后就是我的姐姐，她一直在生活中为我解惑，是我精神上的引路人。

纵有万般不舍，但仍心怀感激，聚散终有时，后会亦有期，天下无不散之宴席，愿有前程可奔赴，亦有岁月可回首！