去除镉离子从水/废水使用壳聚糖-审查

文摘

Cd2 +离子的去除废水获得广泛的兴趣从环境和经济观点由于其严重的有害影响人类,动物和植物。各种吸附剂使用即,激活碳,植物或木质纤维素的废物,粘土,生物聚合物等壳聚糖,甲壳纲动物浪费了广泛关注是一种有效的biosorbent由于其低成本和高氨基和羟基官能团的内容。化学modii¬阳离子形成的壳聚糖衍生物,接枝壳聚糖和壳聚糖复合材料广泛研究和文献的广泛报道。本文的目的是总结壳聚糖及其衍生物的吸附效率Cd2 +离子的去除电镀废水和合成的水域。比较壳聚糖衍生品由五种不同的方法研究人员报道(基于thiocarbomyl, PVA混合、黄原酸、纳米和嫁接)和大纲的潜在应用在Cd2 +离子的吸附处理。报道中提到的复合材料,壳聚糖接枝与γ-环糊精被发现拥有更好的隔离Cd2 +离子螯合能力。

关键字

壳聚糖、Cd^{2 +}离子,吸附,复合材料。

介绍

水污染导致有毒金属离子从工业排放一直关注的一个主要原因。当前的工业活动模式和城市化改变了材料的自然流动和介绍了危险废物进入环境1]。由于重金属污染环境污染导致积聚趋势,进而对人类生活构成巨大威胁(2,3]。有毒重金属,镉,铅,汞被称为,“三巨头”(由于他们的重大影响4]。

镉的去除是获得广泛的兴趣从环境和经济的观点由于其严重影响人类,植物和动物。人体接触镉的来源包括大气、陆地和水生路线(5,6]。有几个行业负责污染与高水平的镉离子。

污染的主要来源是工业即,金属电镀,Cd-Ni电池,磷酸盐肥料、采矿、颜料、稳定剂、冶金、陶瓷、照片、纺织印刷、铅矿业、污水污泥、碱性电池、电镀(7,8]。即便如此,电化学工业消耗更少的水与其他行业相比,前者的废水含有高浓度的镉和氰化物(9]。

金属毒理学

镉是一种非必需元素和剧毒生物剂量很低。有报道称,恶心和呕吐的15 mg / L (10,11]。

在人类健康影响包括肾损害、肺气肿,肾脏功能障碍,肝损伤、高血压、破坏睾丸组织和红细胞(12- - - - - -14]。

镉损害细胞的亲和力谷胱甘肽和蛋白质巯基和位移的锌,铁蛋白(15]。镉诱导氧化甚至可能引起突变在低水平的DNA损伤和减少遗传稳定性导致增强的突变,因此癌症的概率启动(16- - - - - -18]。Cd的容许极限^{2 +}离子在表1。

表1:水质标准。

奇怪的疾病出现在下游盆地Jinzu慢性镉中毒的河,日本约1912被当地人称为“itai-itaibyo”(“itai”被日本人说当造成疼痛和疾病“自带食物”字面意思)。

这个名字已经在因为受害者喊道“ouch-ouch”在他们经历了极度的痛苦。它首先受损肾脏功能和逐步引起软骨病。受害者遭受缺钙与衰老的发生,在怀孕期间营养不良”,荷尔蒙失调,或母乳喂养。女性大多是痛苦折磨他们的整个身体和更严重的情况下摔断了骨头,试图继续自己的(19- - - - - -21]。

方法

传统的方法,还原、沉淀、离子交换、过滤、电化学处理、膜技术、反渗透、蒸发等。这些方法时可能会非常昂贵或无效的金属溶解在大量的解决方案以相对较低的浓度(6]。在所有治疗过程的吸附是一个潜在的方式捕获重金属离子,由于其优势即。,能耗低,容易获得,eco -友好和低成本22,23]。

不过,商业活性炭的使用众所周知的去除重金属,由于其巨大的比表面积和吸附容量,高成本和污泥的形成是主要的限制(24,25]。

生物聚合物

天然生物高分子工业上有吸引力,因为他们的能力降低过渡金属离子浓度到十亿分之几的水平。天然材料可用在大量或某些农业废物经营可能拥有作为低成本吸附剂的潜力,因为他们代表了未使用的资源,广泛使用,环保。

最近,许多方法已经发展的更便宜和更有效的吸附剂含有天然聚合物。其中多糖,如甲壳素和淀粉及其衍生物(壳聚糖,环糊精)值得特别关注。

这些生物聚合物代表一个有趣的和有吸引力的替代吸附剂,因为他们的特定的结构、理化特性、化学稳定性、高反应活性和优良的选择性对芳香族化合物和金属,结果由于存在化学反应基团(羟基、acetamido或氨基功能)的聚合物基质。

壳聚糖

壳聚糖在本质上是第二个最可用的生物高聚物的旁边是由阳离子纤维素氨基多糖β-(1 - 4)的共聚物与D-glucosamine和N-acetyl-D-glucosamine单位。它通过烷基化和部分甲壳素的脱乙酰作用[26]图1所示。

如今,壳聚糖被利用在几个主要领域包括纸浆和纸张、纺织品、医药化妆品、生物技术、农业、食品工业、化工生产、分离和环境的应用程序。壳聚糖主要是用于各种固体形式等,珠子,雪花和膜。胺组能够吸附金属离子尤其是组(3)通过几种机制包括过渡金属(化学交互作用)螯合和(静电作用)和离子交换27]。

全球营销海鲜甲壳类动物放弃50%的壳牌浪费。废物转化为有用的吸附剂不仅造成重金属污染环境的治疗也减少生成的固体废物。

壳聚糖是高度稳定的,很难降解,可以获得10 - 20%的w / w浪费海鲜壳通过适当的化学处理。他们已经知道金属吸附特性自1970年以来的许多调查人员和被描述为优秀的金属吸附剂由于其亲水性,自然丰度、降解性、生物相容性、生物降解性、抗菌财产和非凡的亲和力对于许多蛋白质(28]。

壳聚糖是很容易溶于酸性溶液,因此它应该设计一个合适的物理改性。这有助于降低聚合物的结晶性质,扩大三维聚合物网络,从而提高大尺寸分子的扩散(29日]。使用壳聚糖功能化的一些特殊利益的各种污染物的去除是更好的吸附。包含这样的组织存在的硫黄酸盐、硫代氨基甲酸mercaptoacetyl集团、硫醇、硫代的尿素,thiocarbamoyl等,发现提高壳聚糖的能力。

实验和讨论

目前的工作评论报告5不同修饰的壳聚雷竞技苹果下载糖的方法,d . Chauhan [30.],A.K. Mishra [31日]:Sankaramakrishnan [32],Mahendrakumar [33和赛义德Masoud Seyedi34)的Cd^{2 +}从电镀废水和合成的水域。

不同作者采用的方法集中于提高壳聚糖的效率扩散系数、吸附动力学、固体液体比,选择性功能化和热稳定性。

工人们建议的实验条件为修改后的吸着剂已被列入表2。833.3毫克/克的吸附能力增强γ-环糊精接枝壳聚糖(壳聚糖的接枝共聚γ-cyclodextrin在硫酸存在/ /抗坏血酸氧化还原系统)是由于选择性功能化的γ-环糊精在壳聚糖第六的位置据A.K. Mishra [30.]。接枝百分比倾斜吸附效率,通过激活吸附网站移植。因此,吸附剂具有更高程度的热稳定性和潜在的可重用性9周期。最佳pH值8.5 Cd^{2 +}由接枝壳聚糖去除可能归因于这样一个事实:在酸性介质,镉物种存在水化Cd^{2 +}[(Cd (H₂O)₆^{2 +},Cd (H₂O)₄^{2 +}),发现很难得到吸附物种相比(Cd(哦)⁺碱性介质中存在的)。此外,在酸性介质H⁺离子的结合位点竞争吸附剂(31日]。

表2:镉吸附改性壳聚糖复合材料。

d . Chauhan [31日)报道,cadmium-thiocarbomyl壳聚糖系统pH值依赖,在高pH值不诉诸于由于降水Cd^{2 +}离子氢氧化物。Cd的低吸收能力^{2 +}离子和低pH值可以归因于氨基的质子化作用组和不可用的胺组与镉络合。另一个方面可以归因于竞争H⁺离子与光盘^{2 +}相同离子吸附剂上的结合位点。

n Sankaramakrishnan [32),发现,引入壳聚糖黄原酸集团片(与戊二醛交联及碱性条件下carbondisulfide)增加了吸附容量与普通片的4倍左右。黄原酸组作为一个软基地和倾向于形成稳定复合物与金属(比如Cd^{2 +}、铅^{2 +}和铜^{2 +})。的最佳pH值的Cd^{2 +}8.0离子被发现。在pH8镉主要存在Cd(哦)⁺物种。羟基金属配合物被吸附亲和力高于完全水化金属因为哦组金属的形成降低了吸附自由能要求(34]。因此,似乎Cd的吸附^{2 +}离子可以与Cd (OH)的可用性的变化⁺。

Mahendrakumar [33),确保,制备壳聚糖-聚(乙烯醇)珠子(暂停壳聚糖-聚(乙烯醇)水溶液在甲苯和氯苯的混合物与戊二醛交联)增强的化学稳定性和减少肿胀的行为。这是因为2的pH值增加,壳聚糖氨基的质子化作用发生,因此Cd2 +的吸附增加。根据作者,所有吸附进行了研究在低酸性介质(pH值6.0)。

纳米壳聚糖被发现受pH值的因素,影响范围是2 - 7日,除了它可能与Cd(哦)₂形成乳糜泻^{2 +}去除据赛义德Masoud Seyedi [34]。纳米壳聚糖还具有高吸附率受温度,减少由于结合能。

吸附在商业规模的应用程序需要适当的量化过程模拟的吸附平衡。朗缪尔和弗伦德里希方程常用的吸附平衡。朗缪尔方程适用于均匀吸附在每个山梨酸酯的吸附分子在表面吸附活化能。弗伦德里希等温线描述系统的同质性,可逆的吸附性质和不受限制的单层的形成。

等温吸附常数和相关系数的Cd^{2 +}从电镀废水和合成水在不同的修改中列出表3。

表3:等温常数和相关系数。

从等温常量和相关常量值(表3),很明显,朗缪尔模型取得了最好的适合更好的R²比弗伦德里希模型值。这意味着朗缪尔等温线是最合适的方程来描述吸附平衡的Cd^{2 +}在选择壳聚糖复合材料。

最高的问_马克斯Ch-g-γ- CD [30.)被证明是非常有效的吸附剂相比其他复合材料中提到的。的疏水性质γ-CD提供最大的金属结合位点Ch-g-γ- CD。接枝链的原因可能是去除金属离子的废水比父聚合物。

黄原酸壳聚糖(32]发现比纳米壳聚糖(34),尽管问_马克斯值几乎相同。它可能是由于更高的pH值保存在黄原酸壳聚糖实验。同时,黄原酸壳聚糖吸附进行了工业废水,而对于纳米壳聚糖它唯一的综合解决方案。这是另一个需要考虑的有效点黄原酸壳聚糖具有更好的吸附能力比纳米壳聚糖。

硫有很强的亲和力的大部分重金属形成稳定的金属-硫复合物(可能HSAB原则)。硫含黄原酸(32和thiocarbomyl壳聚糖31日处理工业废水,但thiocarbomyl壳聚糖显示高品质因数_马克斯由于氮气和氧气的存在价值与硫。

一个大问_马克斯区别Ch-g-γ- CD [30.)和Ch - PVA (33混合观测。化学,背后的Ch - PVA,戊二醛交联混合nh转换₂组到盐导致较小的吸附和那里问_马克斯价值。

结论

一个广泛的研究使用壳聚糖吸附重金属及其复合材料进行了全球自1970年以来。综述论文选择了几个壳聚糖衍生物(受雇于研究者)作为一个潜在的吸着剂去除的Cd^{2 +}离子。这是因为,尽管壳聚糖本身是闻名的金属吸附性能,交联提高壳聚糖复合材料的机械强度和选择性。在壳聚糖复合材料相比,壳聚糖接枝聚合物被发现拥有更好的螯合性能的有效去除Cd^{2 +}离子与一个问_马克斯833.33毫克/克的价值。衍生品的比较,本文的目的应当有一个大房间,希望壳聚糖复合材料可应用于去除有毒“三巨头”之一(Cd^{2 +}离子)商业。

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