Разработка сорбента ионов тяжелых металлов на основе хитозана

Попадание определенного количества ионов тяжелых металлов в питьевую воду и пищевые продукты непосредственно связано с состоянием окружающей среды. Поэтому для изменения сложившейся ситуации необходим комплексный подход: перевод промышленных предприятий на малоотходные и реутилизационные технологии; эффективная очистка сточных вод различного происхождения, а также извлечение ионов тяжелых металлов из пищевых сред различной природы [1].

Разработка новых способов эффективного извлечения ионов тяжелых металлов сорбцией из водных систем является актуальной задачей. Для сорбционной очистки используют множество материалов естественного и искусственного происхождения. Так, например, высокими сорбционными характеристиками обладает хитозан, вырабатываемый из хитина. Он представляет собой линейный гетерополисахарид, построенный, главным образом из звеньев остатков 2-амино-2-дезокси-Р-0-глюкопиранозы, соединенных Р-(14)-гликозидной связью. Некоторые звенья состоят из остатков 2-ацетамидо-2-дезокси-Р-0-глюкопиранозы [2].

Целью данной работы является получение нового сорбента на основе хитозана и исследование его сорбционных свойств по отношению к ионам Cu(II).

Для модификации в работе в качестве сшивающего агента был использован эпихлор гидрин и коллоидный высокодисперсный кремнезем, играющий роль минерального каркаса. Модифицированию подвергался хитозан со степенью деацетилирования 60%, полученный из хитина антарктического криля. Изучение процесса сорбции ионов тяжелых металлов осуществляли в статических условиях из водных растворов солей металлов при перемешивании. Для определения параметров, характеризующих сорбционные свойства хитозана, были получены кинетические кривые сорбции ионов Cu(II) природного и модифицированного хитозана. Исследование кинетики показало, что модификация положительно сказывается на сорбционных свойствах хитозана, так как время достижения сорбционного равновесия в гетерогенной системе «водный раствор сульфата меди - сорбент» сокращается в 2 раза. Одновременно степень извлечения увеличивается с 85 % до 94 %.

Для определения предельной сорбционной емкости хитозана были получены изотермы сорбции ионов меди из водных растворов CuSO4. Увеличение предельной сорбционной емкости модифицированного хитозана (1,5 моль/кг) по сравнению с исходным (0,7 моль/кг), связано с его повышенным набуханием и большей доступностью активных функциональных групп. Экспериментальные изотермы сорбции ионов меди хорошо описываются в рамках модели Ленгмюра, с коэффициентом корреляции 0,99 в линейной форме уравнения.

Изучено влияние рН раствора на сорбцию ионов Cu(II) хитозаном. Установлено, что максимальное извлечение катионов меди сорбентом достигается в области рН 5 - 7.

Данный сорбент способен эффективно извлекать ионы меди из водных сред, и может быть предложен в качестве альтернативы промышленным катионитам для очистки водных растворов, в том числе пищевых систем от ионов тяжелых металлов.

1. Беликов С.Е., Хохрякова Е.А., Резник Я.Е. Водоподготовка: справочник; под ред. С. Е. Беликова. М.: Аква-Терм, 2007. 240 с.
2. Хитин и хитозан. Получение, свойства и применение / под ред. К.Г. Скрябина, Г.А. Вихоревой, В.П. Варламова. - М.: Наука, 2002. - 368 с.

Кузьмина М.В.