三种壳聚糖对海水溴离子的吸附性能研究
溴素是重要的化工原料之一，溴素及其衍生的溴化物在国民经济和科技发展中有着特殊的价值。海水中溴的浓度过低限制了直接采用现有生产技术制备溴素，因此，需要通过吸附方法对海水的溴进行浓缩。本研究以三种壳聚糖为吸附剂，研究了它们对海水中Br-的吸附性能，并分析了海水溴素预浓缩的可行性。
研究中，首先对文献报道较多的海水中Br-动态分光光度测定法和H2O2氧化——萃取光度测定法进行了比较。从测定结果的准确性、操作的难易程度以及避免使用CCl4等有毒化学品方面考虑，采用动态分光光度法优于H2O2氧化——萃取光度法。
以壳聚糖作为吸附剂进行Br-浓度100mg·L-1水溶液的静态吸附试验，探讨了壳聚糖的脱乙酰度、搅拌时间、吸附剂用量、pH值、温度对Br-吸附性能的影响，由此得到壳聚糖对Br-的最佳吸附条件为：脱乙酰度95％，壳聚糖与水溶液的质量体积比为10g·L-1，搅拌时间20min，溶液pH值为6.0，吸附温度为20℃。在此基础上，根据吸附等温线确定吸附过程较符合Langmuir吸附等温线，在优化的吸附条件下，壳聚糖对人工配制的含溴溶液(100mg·L-1)和海水样品(53.54mg·L-1)的吸附率分别为17.20％和13.75％，壳聚糖对人工配制的含溴溶液中Br-的最大吸附容量为2.954 mg·g-1。
随后，通过正交试验对硝酸镧改性壳聚糖的制备过程进行优化，并以其作为吸附剂，研究了吸附剂用量，时间，溶液pH，温度对人工配制的含溴溶液(100mg·L-1)中Br-吸附性能的影响，以优化吸附条件，在此基础上确定吸附容量和吸附类型，并对其吸附海水样品Br-的效果检验。最后研究了海水共存阴离子和离子强度对硝酸镧改性壳聚糖吸附Br-的影响。结果表明，制备硝酸镧改性壳聚糖的最优条件为：壳聚糖脱乙酰度为85％，壳聚糖用量为0.4g，硝酸镧用量为2g(即壳聚糖与硝酸镧的质量比为1:5)，搅拌时间为8h。硝酸镧改性壳聚糖对Br-的最佳吸附条件为：吸附剂与水溶液的质量体积比为20g·L-1，搅拌时间20min，溶液pH值为5.0，吸附温度根据实际情况可选择10℃～20℃。这种改性壳聚糖对淡水中Br-的吸附过程采用Langmuir等温线和Freundlich等温线描述均可。对人工配制的含溴溶液(100mg·L-1)和海水样品(53.54mg·L-1)中Br-的吸附率分别为67.78％和24.99％，对人工配制的溶液中Br-的最大吸附容量为8.396mg·g-1。海水中大量的Cl-、SO42-及其高离子强度对硝酸镧改性壳聚糖吸附Br-有显著影响。其中，海水的高离子强度导致镧离子脱落，使吸附剂结合Br-的位点减少，导致硝酸镧改性壳聚糖对Br-的吸附量大大降低。
基于上述问题，考虑采用交联法对硝酸镧改性壳聚糖进行处理，制备负载硝酸镧的改性壳聚糖微球。通过交联处理，吸附剂上的结合镧离子的位点增加，吸附效率提高。通过正交试验对微球制备过程进行优化，并研究了吸附剂用量、时间、溶液pH值、温度对微球吸附海水Br-的影响，由此得到最佳吸附条件，确定吸附容量和吸附类型。结果表明，制备负载硝酸镧的改性壳聚糖微球的最优条件为：在100ml2％的乙酸溶液中溶解2g壳聚糖，将混合液滴入多聚磷酸钠浓度为1g·L-1的溶液中，交联成球；将微球用双蒸水清洗至中性，置于50ml1mol/L的氢氧化钠溶液和0.1ml环氧氯丙烷的混合液中，于70℃下交联2h；双蒸水再次清洗至中性后，加入50ml La3+浓度为0.25 mol/L溶液反应10h，清洗后冷冻干燥。负载硝酸镧的改性壳聚糖微球对海水Br-的最佳吸附条件为：吸附剂与海水样品的质量体积比为8g·L-1，搅拌时间40min，溶液pH值为7.0，吸附温度根据实际情况可选择10℃～20℃。负载硝酸镧的改性壳聚糖微球吸附海水Br-过程符合Langmuir等温线。微球对海水Br-的吸附率为32.53％，最大吸附容量为2.3403 mg·g-1。通过红外光谱分析可知，与前两种吸附剂相比，微球在1083.7cm-1处-C-O伸缩振动特征峰显示出更为宽大的吸收峰，主要因为微球交联后仲羟基数量增加，配位的镧离子数量增多，有利于提高微球对海水Br-的吸附率。
利用壳聚糖吸附海水溴素的研究还处于初级阶段，国内外相关文献还未见相关报道。本研究对三种壳聚糖吸附海水Br-的性能进行了探索。结果表明：三种吸附剂对海水Br-有一定的吸附作用，其中负载硝酸镧的改性壳聚糖微球对海水Br-的吸附效果最好，在浓缩海水溴素方面，展现出一定的应用前景。
海水溴离子;壳聚糖;吸附性能;海水溴素预浓缩;动态分光光度法
中国海洋大学
硕士
环境科学
孟范平
2009
中文
O636.1;O647.31
69
2009-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）