改性壳聚糖/贝壳粉复合物对含重金属废水的吸附作用研究★

孙梦临

（赤峰工业职业技术学院，内蒙古 赤峰 024000）

0 引言

随着我国工业化发展水平不断提升，大量未经处理的含重金属废水被排入水体之中，严重威胁生态环境安全以及人体健康，由此对工业废水进行有效处理是技术领域内重点研究课题。现阶段应用较为广泛的工业废水处理方法主要包括物理法、生物处理法、化学法等。随着科学技术不断发展，依托于纳米材料的吸附法逐渐成为当前研究重点[1-2]。贝壳粉在实际应用中，呈现出吸附和固定重金属离子、改善土壤性能、净化水体等功能。壳聚糖也是一种重要的材料。当经过脱乙酰基处理后，壳聚糖具有无毒、易生物降解和生物相容性好的特点，这使得它在医学、食品和环境领域有广泛的应用前景。研究人员将两者结合起来制备出改性壳聚糖/贝壳粉聚合物，其可以有效地吸附工业废水中的重金属离子[3]。由于贝壳粉的吸附性能和壳聚糖的高分子结构，改性壳聚糖/贝壳粉聚合物能够形成大量细小的孔隙结构，从而增加吸附表面积，提高吸附效率。由于其在环境修复和水处理中的出色表现，改性壳聚糖/贝壳粉聚合物成为当前技术领域研究的重点之一。研究人员正在进一步改进聚合物的制备方法和性能，以提高其应用实效。未来，预计这种聚合物将在工业废水处理、土壤修复和环境保护等领域发挥重要作用。

1 重金属污染危害性

就实际角度分析，重金属可以直接进入大气、水体和土壤，造成直接的环境污染。重金属包括铅、汞、镉等，它们可以通过工业排放、废水排放等途径直接释放到环境中，对环境和生态系统造成直接的损害。重金属之间可以相互迁移，形成环境要素间接的污染。因为重金属具有一定的迁移性，其可以在环境中相互转移，通过土壤、水体等媒介传播到远离污染源的地方，从而导致环境要素之间的间接污染。此外，重金属还具备难以被微生物降解特性，自然环境中它们可以在不同形态间转化，导致难以有效消除。重金属的化学性质使得它们难以被生物降解，从而在自然环境中长期存在，而且还可以发生形态转化，使得清除重金属污染变得难度极高。而人体或动物可以通过呼吸道、消化道和皮肤吸收环境中的重金属，当重金属摄入超过一定限值时即会对人体产生毒害作用。短期接触重金属可导致急性毒害症状，例如皮肤灼伤、溃烂等。长期接触重金属可引发严重的慢性疾病，甚至引发癌症、致突变等疾病。

除此以外，重金属污染还会对自然环境中的植物造成严重影响。由实际研究结果可知，多数植物具备较强的重金属富集作用，并导致含重金属蔬菜或粮食出现，危害人体健康。如水稻种植中使用含水溶性镉的水源进行灌溉，镉离子会通过土壤转移至作物之中，进而造成毒害较强的镉米。水溶性镉在水体中含量达到4 mg/L 即会对水稻作用生长情况造成影响，含量0.1 μg/L 以上时即会导致鱼类及其他水生生物死亡。

考虑到重金属污染物的危害性，各国政府均制定严格的重金属污染物排放标准，我国线性《污水综合排放标准》中将汞、镉等定位第一类污染物，要求其不分行业及排放方式，也不受纳水体功能类别，一律在车间或处理设施排放口位置进行采样，必须达到规定浓度标准。铜、锌等危害性相对较低重金属被定义为第二类污染物。为切实满足排放标准要求，技术领域内对工业废水处理技术进行较为深入的研究。

2 改性壳聚糖/贝壳粉复合物吸附工业废水重金属离子实验

为深入探究改性壳聚糖/贝壳粉复合物在吸附工业废水中重金属离子能力，有技术人员通过设计实验方式对其进行详细分析。

2.1 改性壳聚糖/贝壳粉复合物制备

为满足实验要求，技术人员在实际工作中分别对O-羟甲基壳聚糖以及复合物材料进行制备。技术人员首先需要将5 g 壳聚糖浸入50 mL 异丙醇中，并进行1 h 的溶胀反应。这一步的目的是使壳聚糖能够在溶液中充分膨胀，为后续反应做好准备。随后要加入10 mL 质量分数为30%的NaOH 溶液，并进行2.5 h的溶胀反应。该步骤目的是通过NaOH 的作用，进一步改变壳聚糖的结构和性质，使其具有更好的水溶性和增稠性。

制备材料完成后，需要将其置于室温环境中30分钟，并分次加入6 g 氯乙酸，对反应物进行一定的处理，以达到更好的反应效果。随后，将反应物置于35 ℃水浴锅中搅拌4 h。在完成反应之后，要添加20 mL 蒸馏水，用乙酸调整pH 值到7，再进行减压过滤。在此基础上，使用甲醇、无水酒精清洗两遍，再置60 ℃炉中干燥。经过如上步骤即可获取试验所需的O-羟甲基壳聚糖。

在制备贝壳粉/改性壳聚糖复合物的过程中，技术人员首先取1 g O-羟甲基壳聚糖，并溶于100 mL 1%醋酸溶液中。然后，利用1 mol/L NaOH 将溶液pH值调节至7，这样可以提供一个适宜的环境来制备复合物。接下来，添加1 g 贝壳粉到产生絮凝状物中，并进行搅拌、抽滤以及自然风干处理。该步骤的目的是将贝壳粉与改性壳聚糖进行混合和结合，形成贝壳粉/改性壳聚糖复合物。最终即可成功得到了贝壳粉/改性壳聚糖复合物样品。

2.2 实验条件设计

为探究贝壳粉/改性壳聚糖复合物对工业废水中重金属离子吸附能力，技术人员所采用含有重金属离子的起始质量浓度为120 mg/L，溶液容积为100 mL，并以0.5 g 的壳多糖/修饰的壳聚糖配合物作为吸附剂，观察不同浓度、不同温度、不同pH 条件、不同盐度条件下的壳聚糖复合物对重金属离子的吸附性能的影响。

3 改性壳聚糖/贝壳粉复合物吸附性能分析

3.1 电镜分析结果

技术人员完成贝壳粉和改性壳聚糖的吸附实验，并通过专业设备获得相应扫描电镜图。从图中可以明显看出，贝壳粉材料呈现出紧密分布结构，并且在加入改性壳聚糖后形成了复合物。

研究人员发现，改性壳聚糖的加入受到了贝壳粉独特性质的影响，从而使复合物具备了较强的亲和性。从图1 和图2 中可以清楚地看到复合物对不同颗粒具有团聚效果，颗粒间隙明显增大。除颗粒聚集的效果，复合物的吸附能力也得到了显著提升。研究结果表明，复合物的出色吸附能力意味着它可以有效去除水中的污染物和颗粒物质。例如，其可以应用于水体净化和废水处理，去除重金属离子、有机物质和微小颗粒，从而改善水质。

图1 贝壳粉5 000 倍扫描电镜

图2 复合物5 000 倍扫描电镜

3.2 复合物制备最佳比例

技术人员在实验中分别设计贝壳粉与改性壳聚糖的质量配比为1∶0，1∶0.5，1∶1，1∶2，1∶3。通过对实验数据的分析，确定了以壳粉与O-羧甲基壳聚糖的质量配比为1∶1 的配比时吸附能力最强，因此技术人按1∶1 的质量配比贝壳粉素与O-羧甲基壳聚糖制得试验所需要的复合物。

3.3 溶液浓度对贝壳粉/改性壳聚糖复合物吸附能力影响

技术人员在工作中开展吸附试验工作，具体操作中设置出重金属物质初始浓度相异的废水样品。结合最终试验所得结果可知，以120 mg/L 为分界点，贝壳粉在低于该分界点情况下，吸附量呈现出逐渐增长态势；当超出该分界点时，贝壳粉吸附性能达到饱和，吸附量为12 mg/g。

3.4 吸附温度对贝壳粉/改性壳聚糖复合物吸附能力影响

技术人员分别在15、25、35、45、55 ℃条件下对复合物吸附能力进行测定。由实验结果可知，复合物的吸收率随温度的升高而增大，但温度对复合物的吸收量影响不大。

3.5 pH 对贝壳粉/改性壳聚糖复合物吸附能力影响

技术人员将工业废水样本溶液的pH 值调整到3、5、7、9、11。研究发现，随着溶液pH 值的增大，水溶液的酸度和碱度的增大，贝壳粉/壳聚糖复合物的吸附能力降低。主要原因在于，酸、碱等环境下复合材料结构会被破坏，导致吸附孔道被堵塞，进而造成吸附性能降低，因此中性环境最适合复合物发挥其吸附能力。

3.6 溶液盐度对贝壳粉/改性壳聚糖复合物吸附能力影响

溶液盐度是指其中溶解了的盐类的含量。为调整溶液的盐度，技术人员设定分别投加0、1%、2%、3%、4%、5%的NaCl 来实现不同盐度溶液。最终实验结果表明，当盐都在0～5%区间范围内情况下，贝壳粉/改性壳聚糖复合物对金属离子的吸附量会随着溶液盐度的增加而增大。这意味着在高盐度的溶液中，复合物能更有效地吸附金属离子，从而降低溶液中金属离子的浓度。在适当的盐度下，复合物的吸附孔径会扩大，从而使得复合物能够更好地吸附更大分子量的有害物质。实际操作中通过调整溶液的盐度，可以改变复合物的吸附性能，从而使其更适用于不同工业废水等。

4 结语

为应对重金属污染情况，技术领域中对工业废水处理技术进行较为深入的探究。改性壳聚糖/贝壳粉复合物在实验中表现出较强吸附能力，同时其具备原料易得、制备工艺简单等优势，可以大规模应用于工业废水处理之中。因此技术人员在后续研究中将加强对该种复合物的研究力度，为我国环境治理工作有序开展提供坚实技术保障。