摘要:將殼聚糖物理改性為球形顆粒,然后在微波輻射下,球形殼聚糖與檸檬醛接枝反應,再與NaBH4還原反應,制備一種新型環保材料——物化改性殼聚糖。采用紅外光譜儀(IR)、X衍射儀(XRD)、電子顯微鏡(SEM)和比表面測定及孔徑分析儀(BET)結構表征改性殼聚糖。通過含酚制藥廢水的動態小柱吸附實驗,研究了時間、柱高和出水流速等因素對改性殼聚糖吸附性能的影響。結果表明,在室溫、pH=6.6、柱高300 mm、出水流速0.2 mL/min動態吸附條件下,酚去除率90.4%,COD去除率69%,色度和濁度去除率分別為75%和77.6%。

關鍵詞:殼聚糖,檸檬醛,物理/化學改性,含酚廢水,COD

殼聚糖是一種天然有機高分子絮凝劑,具有無毒、可生物降解等特點,已在造紙、醫藥、化工和廢水處理等領域得到了廣泛的應用。然而殼聚糖水溶解度低,pH值適用范圍較窄,從而限制了生產廢水治理方面的應用[1]。

為了提高殼聚糖在廢水處理中的使用,對殼聚糖改性是一個重要的途徑。作者首先將殼聚糖滴加成球形顆粒,然后針對殼聚糖分子結構中含有大量氨基和羥基,采用微波輻射技術對殼聚糖與檸檬醛化學改性,制備一種新型環保材料———物化改性殼聚糖。這種殼聚糖衍生物由于檸檬醛取代基的引入而賦予殼聚糖更多的功能,也增強了殼聚糖的螯合能力,為殼聚糖更有效地應用于生產廢水處理開辟了新途徑。含酚生產廢水成分復雜,有機物濃度高,不僅含鹽量大、有色、有味,而且還含有大量難生物降解的物質和對微生物有抑制作用的有毒有害物質[2],如酚類、苯胺類、硝基苯類和其他芳香類化合物等,不利于直接生化處理。

目前,含酚廢水處理研究主要針對模擬廢水的靜態吸附研究[3-8],而含酚生產廢水的動態吸附性能研究則很少見,本文以含酚制藥廢水為對象,以廢水中酚和COD去除率為考察指標,研究了改性殼聚糖的吸附性能。

1實驗部分

1. 1儀器和試劑

儀器: G8023CSP􀀁Z型格蘭仕微波爐; SHA􀀁B 型恒溫振蕩器; 蠕動泵; DZF􀀁6050型真空干燥箱; TU􀀁1810紫外可見分光光度計(北京普析通訊有限責任公司); N icolet􀀁360 型紅外光譜儀( 美國尼高力公司) ; DX􀀁2000X 射線衍射分析儀(丹東方圓儀器有限公司); 飛利浦􀀁505 型掃描電鏡(荷蘭Ph ilips公司) ; ASAP2000型比表面測定及孔徑分析儀(美國麥克儀器公司)。

試劑: 殼聚糖( CS, 脫乙酰度85􀀁7%, 粘度320mPa􀀁 s, 工業級, 南通興成生物制品廠); 檸檬醛( 95%, 國藥集團化學有限公司)。其他試劑均為分析純。

1. 2 實驗方法

1. 2. 1改性殼聚糖吸附劑的制備[ 9􀀁10]

稱取2 g片狀殼聚糖, 溶入2% HAc溶液中, 充分攪拌, 制成2% 殼聚糖醋酸溶液, 靜置脫泡, 用微量進樣器注入到100mL凝結液, 制備顆粒均勻、形狀規整的白色球形殼聚糖顆粒, 粒徑約2 mm, 水洗至中性, 濕態保存。
稱取球形殼聚糖顆粒, 依次加入一定量檸檬醛95%乙醇溶液, 振搖均勻后, 杯內充入氮氣氛圍保護, 將反應器置入微波爐, 外加水浴保護裝置, 同時腔內放高沸點的化合物(加負載, 保護磁控管), 微波中檔反應3 m in 后, 冷卻、過濾, 再用10% NaBH4水溶液還原, 水洗至中性, 乙醇索氏提取器純化24 h, 最后蒸餾水洗滌至無乙醇味, 備用。

1. 2. 2 吸附劑的表征

采用紅外光譜儀、X 衍射儀、比表面測定及孔徑分析儀和電子顯微鏡對改性殼聚糖產物結構進行表征。

1. 2. 3實驗生產廢水及測定

實驗用含酚制藥廢水取自某化工園區污水廠有機物集水池。含酚廢水水質概況: pH 6. 6, COD1 280 mg /L, 揮發酚259 mg /L, 色度100 倍, 濁度90 NTU, 含鹽量8 􀀁 103mg /L。
測定項目為揮發酚: 4􀀁氨基安替比林分光光度法( GB /T7490􀀁1987) ; COD: 重鉻酸鉀法( GB11914􀀁1989) ; 色度: 稀釋倍數法( GB11903􀀁1989) ; 濁度: 濁度測定儀。

1. 2. 4靜態實驗

( 1)改性前/后吸附容量的測定分別投加0􀀁1 g殼聚糖、球形殼聚糖、改性殼聚糖于20 mL廢水中, 在恒溫( 25􀀁 )水浴振蕩器振蕩( 150 r/m in) 12 h, 測定廢水中的酚濃度, 計算改性前/后吸附劑對酚的吸附容量。
( 2) pH 對吸附的影響
取20mL廢水水樣過濾(由于廢水略渾濁) , 置于250 mL 錐形瓶中, 滴加0􀀁001 mol /L H2SO4 或0􀀁001mo l/L N aOH 溶液調節pH 至實驗預定值, 然后投加一定量干燥的改性殼聚糖, 在恒溫( 25􀀁 )水浴振蕩器振蕩( 150 r /m in) 12 h, 測定廢水中的酚濃度, 考察pH 值對改性殼聚糖吸附性能的影響, 確定最佳pH值。具體參見http://www.bnynw.com更多相關技術文檔。

1. 2. 5動態小柱吸附實驗

選取內徑15 mm、長約600 mm 的簡易吸附小柱, 為防止吸附劑顆粒流失, 底部鋪墊少許脫脂棉。將濕態改性殼聚糖裝入柱中, 打開柱下口旋閥, 用蠕動泵調節出水流速。改變進水酚濃度, 考察吸附時間對揮發酚去除率的影響; 觀察改性殼聚糖填充柱高、出水流速對廢水水樣的酚和COD 去除率的影響。(南京林業大學化學工程學院)

詳情請點擊下載附件：殼聚糖的物理/化學改性及其對含酚廢水的處理