海藻酸对重金属离子的吸附能力

高分子材料进展

------海藻酸钠吸附重金属离子的文献综述

高材071 郑剑 200738575113

(嘉兴学院生化学院, 浙江嘉兴)

2009年12月26日

摘要：概述了海藻酸钠在重金属污染治理方面的应用及国内外研究现状和发展前景．分别从海藻酸钠作为吸附剂直接吸附和作为固定化细胞的载

体以及与其他物质联合使用，分析了对重金属的去除效果及对固定化

细胞的影响。分析表明，海藻酸钠以其特有的结构和性质在重金属污

染治理方面有较好的应用，具有广闻的发展前景。

关键词：海藻酸钠；重金属；固定化；甲壳胺；凝胶球

前言

由于人类社会的发展，使得越来越多的污染物质排放到环境中，其中重金属污染问题尤为严重。由于重金属一般具有较大的毒性、高的移动性和低的中毒浓度，在水体中不能被生物降解，某种重金属还可在微生物作用下转化为毒性更强的重金属化合物。人通过饮水及食物链的作用，使重金属在体内富集而中毒，甚至导致死亡。如何科学有效地解决重金属对水体的污染已经成为世界各国政府以及广大环保工作者研究的热点之一。目前，重金属废水处理最常用的方法：化学沉淀法、活性炭吸附法、离子交换法、气浮法等。【1】但这些传统的方法由于存在沉淀物二次污染及操作费用和原材料成本过高等原因，不适宜处理低浓度的重金

属废水。因此，人们都在寻求适于处理低浓度重金属废水的新方法。目前，固定化细胞技术在废水处理中受到重视，特别是处理重金属废水时效果良好，且表现出巨大的潜力，成为今年来国内外学者研究的热点。不同的固定化方法对固定化载物有不同的要求，为了增强固定化效果，保证生物的活性，提高固定化细胞对重金属离子的去除性，科学工作者纷纷在寻求和研究理想的固定化载体。【2】海藻酸钠是褐藻类的天然高分子，是一种无毒，亲水性的天然多糖类化合物，它是由β—l，4结构的D型甘露糖醛酸钠盐和α-l，4结构的L型古罗糖醛酸钠盐共聚而成，其结构见图l【3】。海藻酸钠具有良好的溶解特性(可溶于水，不溶于有机溶剂)，良好的粘性、生物相容性、成膜性等特点，近些年来在国内外引起人们的关注。但是，海藻酸钠有很大的亲水性，成膜后强度、弹性不够理想，需对其进行改性。【4】

图一：海藻酸钠的结构

海藻酸钠（C

5H

7

4

COONa）

n

是海藻酸的钠盐，由于海藻酸钠分子中含有大量游

离的羧基，能够与金属离子发生反应，吸附时重金属离子与其中的金属离子（Na2+）发生离子交换，因此具有吸附重金属离子的能力,可以作为吸附重金属的吸附剂。

1作为吸附剂直接吸附重金属

由于海藻酸钠分子中含有大量游离的羧基，能够与金属离子发生反应，吸附时重金属离子与海藻酸钠中的Na+离子发生离子交换，因此具有吸附金属离子的能力。研究表明，海藻酸钠对汞、铜、镉等重金属离子都具有一定的吸附能力。可以作为吸附重金属的吸附剂。

秦益民等【5】为了研究不同种类的海藻酸纤维对铜离子的吸附性能，用盐酸及硫酸钠水溶液处理海藻酸钙纤维，分别得到海藻酸及海藻酸钙钠纤维。并且，。把三种纤维分别与合铜离子的水溶液接触后，在不同的时问段测试溶液中铜离子的浓度。结果显示：海藻酸、海藻酸钙及海藻酸钙钠纤维对铜离子均有较好的吸

附性能，其平衡吸附容量分别为68．6mg/g 、81．7 mg/g 和71．0 mg/g ，海藻酸钙纤维的吸附容量在三种纤维中最高；由于海藻酸钙钠纤维遇水后可以很快地吸水膨胀，其吸附速度较其它两种纤维快。

图二：加入三种海藻酸纤维后溶液中铜离子浓度随时间的变化

朱一民【6】研究了用海藻酸钠作为吸附剂去除水相中的Cu 2+，以及吸附过程中实验条件对吸附效果的影响。实验过程如下：

其结论为，吸附过程在10min

左右就达到了平衡；在pH=6时吸附效果达到最佳，吸附温度以

30℃左右为宜，海藻酸钠对铜离子吸附的最大负载量为144～150mg/g

。

李国清等【7】从海藻中提取海藻酸钠，并与腐殖酸钠联用处理含Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)重金属的废水，通过改变海藻酸钠一腐殖酸钠水处理剂投加量及溶液pH 值、搅拌时间等因素的实验分析，研究了该处理剂对Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的去除效果。结果表明，该处理剂能有效地去除Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)等重金属离子，Cd(Ⅱ)去除率大于95．6％ ，Cu(Ⅱ)去除率大于99．6％。

钟超凡【8】等研究了用氯乙酸与海藻酸钠反应产生的4，5—0，0′二羧甲基海藻酸 三钠(DCMTSA)为沉淀吸附剂除去水相中Cu 2+的效果，以及试验条什对沉淀吸附效果的影响，并与文献报道的海藻酸钠作吸附剂的结果进行了比较。结果表明DC —MTSA 吸附去除Cu 2+的效率有明显改善；吸附剂最大负载量从海藻酸钠(SA)的140mg/g ，提高到260mg/g ；吸附平衡时间从SA 的10 mln 缩短到4 min ；吸附适应范围扩大，吸附体系pH 允汁范围从SA 的6．0～6．5扩大到4—6．5，处理Cu 2+的浓度范围提高到800 mg ／L 以内，溶液中残留的Cu 2+浓度低于国家污水综合排放标准的0.5mg ／L 。

2作为固定化细胞的载体

固定化细胞技术，是利用物理或化学手段将游离的微生物(细胞)或酶．定位于限定的空间区域。并使其保持活性且能反复利用的一项技术【9】。微生物或酶被固定化后，其稳定性增加．对毒性物质的承受能力和降解能力都明显增强，因此可更好的被用于各种有机废水中各种重金属离子的去除。如世纪80年代初，国内外开始应用这种具有独特优点的新技术来处理工业废水和吸附难降解的重金属污染物，并取得了令人瞩目的成就。

海藻酸钠是用于包埋固定化微生物细胞的第一个聚合物，海藻酸钠包埋法是一种使用最广、研究最多的包埋固定方法，它具有成型方便，对微生物毒性小，固定化细胞密度高等优点。

2．1海藻酸钠的固定化效果

目前，应用的固定化载体主要有两类：一类是天然高分子凝胶体，如琼脂、明胶海藻酸钠等；另一类就是有机合成高分子凝胶。包括聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯醇等。几种常见的固定化细胞载体的性能比较见表一【10】。

表一：固定化细胞载体性能比较

载体强度耐生物分解性耐生物毒性固定难易成本价格琼脂0.8 无无易便宜

海藻酸钠0.8 较好无易较便宜PVA硼酸 2.7 好一般较易便宜

明胶0.4 差无易较贵

角叉莱胶0.8 较差无易贵

ACRM 1.4 好较强易贵

蒋宇红【11】分别以琼脂、明胶、海藻酸钙、聚乙烯醇和丙烯酰胺凝胶作为固定化细胞的包埋载体，对其主要包埋条件和性能进行了初步研究，结果表明：海藻酸钙以其机械强度较高，传质性能较好，生物毒性较低和固定操作容易等特点效果最优。曹德菊【12】采用明胶、琼脂、海藻酸钠作为载体对枯草杆菌进行固定，通过对三种载体的包埋效果、传质性能及操作难易的比较来选择适宜的固定化载体．比较固定化微生物与游离微生物及固定化载体海藻酸钠处理含镉废水的效果，结果表明：海藻酸钠作为固定化载体其传质性能强、方法简便、机械强度好。