改性壳聚糖对畜禽废水Cu~(2+)、Zn~(2+)的捕集

【摘要】：壳聚糖是自然界中迄今为止发现的唯一的碱性多糖,其大分子链上含有很多活泼的氨基和羟基,能与金属离子结合形成螯合沉淀物。通过对壳聚糖进行化学改性,可以大大改善其对金属离子的螯合能力和稳定性,被广泛应用于处理含重金属离子的废水。与此同时,随着养殖业规模化、集约化发展,大量的饲料被应用到其中,而饲料中含有大量重金属微量元素,有些未被动物吸收的重金属元素会随粪便排入水体,对水体环境造成威胁。 本文就是利用壳聚糖和二硫代氨基甲酸(DTC)基团的结构和特点,将壳聚糖进行化学改性,通过黄原酸化反应,在壳聚糖分子链上引入二硫代氨基甲酸(DTC)基团,得到一种DTC类改性壳聚糖。通过一系列单因素试验和正交试验得到制备DTC类壳聚糖的最优反应条件为：甲醇体积为150mL,溶胀时间为1.5 h,CS2与乙醇混合溶液的滴加时间为1.5 h,NaOH溶液浓度为50%,CTS(g)/CS2(mL)为1：6,水浴温度为45℃,水浴时间为14h,且四个主要试验因素对试验结果影响的主次顺序为：CTS(g)/CS2(mL)NaOH浓度水浴时间水浴温度。 分别从介质酸度、改性壳聚糖剂量、反应温度、吸附等温线、振荡时间及离子共存等6个方面,研究了改性壳聚糖对Cu2+、Zn2+的吸附性能。试验结果表明：改性后的壳聚糖适用的pH值范围广,随着pH值的增大,捕集剂对Cu2+、Zn2+的去除率有明显的增加,pH值控制在3.0～5.0范围内较好。改性壳聚糖剂量对吸附性能有较大影响,初始Cu2+、Zn2+浓度为100mg/L时,最佳剂量为0.15g。DTC类改性壳聚糖对Cu2+、Zn2+的捕集能力受温度的影响不大,所以试验选择在室温条件下进行。通过对重金属离子的吸附类型分析发现,改性壳聚糖对Cu2+Zn2+的吸附属于单层吸附,与Langmuir公式较为吻合。改性壳聚糖对Cu2+、Zn2+有较快的吸附速度,基本在20min内就达到了吸附平衡。在初始浓度均为100mg/L的Cu2+、Zn2+共存的溶液中,Cu2+、Zn2+平衡吸附容量分别为33.801、31.182mg/g,表明在共存条件下DTC改性壳聚糖对Cu2+有更好的选择性。 利用改性壳聚糖处理含重金属离子的畜禽废水,结果表明,改性壳聚糖对复杂体系下的实际废水有很好的处理效果,对废水中Cu2+的吸附效率优于Zn2+,且出水中的Cu2+、Zn2+的残余浓度能达到国家排放标准。