1刘清玉，2许波
1德州市生态环境局临邑分局 山东德州 邮编251500
2山东安弘制药有限公司 山东德州 邮编：251500
摘要：通过戊二醛和活性炭/壳聚糖在微波辐射条件下制备CGTS膜。CGTS考虑了单因素条件对CGTS膜的影响，并进行了正交试验。CGTS膜的制备条件为：2%的壳聚糖溶液25ml，加入0.08g活化的活性炭粉末，加入1ml 1%的戊二醛溶液，在微波中 45℃下反应5min，吸取2.5ml制膜液制膜。
关键词：戊二醛；交联；活性炭/壳聚糖；膜
壳聚糖(chitosan，简称CTS)是从虾蟹壳中制得的一种碱性氨基多糖，无毒、无害、可生物降解，其分子中含有大量的氨基和羟基，不但对印染废水能脱色，对过渡金属离子有较强的螯合作用[1]，是近年来备受关注的吸附剂新材料。因壳聚糖在酸性条件下易溶解流失，密度小，从溶液中沉降速度较慢等缺点，使其广泛应用受到限制[2]。
本文以壳聚糖为基质材料，采用微波辐射法，以戊二醛交联活性炭/壳聚糖，制备出戊二醛交联活性炭/壳聚糖（缩写为CGTS）膜。制备采用有别于普通加热原理的微波“体加热”技术，不仅显著提高了反应效率，也得到了性能更优良的吸附材料。
1 实验部分
1.1 戊二醛交联活性炭/壳聚糖膜的制备
使用电子天平准确称量5.000g壳聚糖，溶于250mL 3%的乙酸溶液中，静置12h，直到气泡完全溶出，得到2%的壳聚糖乙酸溶液。
称取10g活性炭粉末，在研钵中进行研磨，然后倒入瓷坩埚中，放入马弗炉中，在500℃下活化1h，冷却后取出，再次研磨，然后过80目筛，收集起来，放入真空袋备用。
量取25ml 2%的壳聚糖溶液放入100mL的烧杯中，加入一定量活化后的活性炭，超声处理，直到活性炭粉末在溶液中均匀分布，加入1ml1%的戊二醛溶液，在微波条件下，400r/min搅拌放映一定时间，然后吸取一定量制膜液在玻璃片上流延制膜，放入干燥箱中80℃干燥，然后放入0.1mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡揭膜，使用乙醇冲洗三次，再用蒸馏水反复冲洗，直到冲洗液呈中性，放在洗净的白色泡沫上自然晾干，得到CGTS膜备用。
1.2 吸附实验
取50mL 200mg/L的Cu2+溶液于具塞锥形瓶中，调节pH，加入一定量的CGTS，置于恒温振荡器上振荡一定时间，取下静置。吸取上层清液用火焰原子吸收法测定Cu2+离子的浓度，计算吸附量。吸附量计算公式：
q=(C0-Ce)V/W （1-1）
式中：q为吸附容量（mg/g）；C0、Ce分别为吸附前、后金属离子的浓度（mg/L）； W为吸附剂干重（g）；V为溶液体积（L）。
2 结果与讨论
2.1 制备戊二醛交联活性炭壳聚糖膜的单因素对吸附剂性能的影响
2.1.1不用加碳量对膜的影响
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由实验结果可知随着活性炭用量的减小，膜的韧性逐渐增强，吸附量先增大后减小，在使用0.08g活性炭的情况下获得最大吸附量51.15mg/g，所以以后实验采用25ml的壳聚糖溶液加入0.08m活性炭。
2.1.2反应时间的影响
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由实验结果可知，搅拌时间在3到7min的时候吸附剂吸附量先上升，后略有下降，在搅拌5min时达到最大值，因此可以确定确定搅拌时间为5min。
2.1.3制膜液用量的影响
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有实验结果可知，随着制膜液用量的逐渐增大，膜逐渐增厚，物理性能，完整性逐渐增加，吸附量先升高再下降，综合考虑，以后实验选择3mL制膜液来制膜。
2.1.4反应温度的影响
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由实验结果可知，随着反应温度的升高，吸附剂的吸附能力先升高再降低，在40℃的时候吸附量最大，且成膜效果最好，随着温度升高，吸附剂的粘度降低，成膜性也不好，综合考虑，反应温度选择40℃。
2.2 正交实验
根据单因素试验的结果，我们为了得到最佳反应条件，设计了正交试验。
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通过表中极差R可知道含碳量的多少的影响最大 ，制膜液量和反应时间影响明显 ，反应温度的影响最小 ，由表中数据可知道最佳条件为：25ml壳聚糖溶液中加入0.08g活性炭粉末，在微波中45℃下反应5min，然后吸取2.5ml制膜液制膜得到的膜的吸附效果最好。
由于表中没有最佳条件的试验A3B1C2D1，所以增加一个最佳条件的样品，然后做三个平行吸附试验，测定吸附量分别为63.825mg/g、62.075mg/g、62.95mg/g ，三个平均值为：62.85mg/g在正交试验中达到最大值，因此 验证了正交实验设计的正确性，故最优水平组合为A3B1C2D1 。
通过单因素和正交试验，确定戊二醛交联覆合壳聚糖的最佳制备条件为：2%的壳聚糖溶液25ml，加入0.08g活化的活性炭粉末，加入1ml 1%的戊二醛溶液，在微波中 45℃下反应5min，吸取2.5ml制膜液制膜 。
3 结论
（1）通过戊二醛交联活性炭/壳聚糖可以得到完整地膜并进行吸附试验。
（2）通过制备CGTS膜的单因素试验，得到制备CGTS膜的各个单因素的制备条件：壳聚糖用量为25ml；活性炭加入量为0.08g，反应时间为5min；反应温度为40℃；制膜液用量为3ml。
（3）通过制备CGTS膜的正交试验，进一步优化CGTS膜的制备条件，得到的制备条件：2%的壳聚糖溶液25ml，加入0.08g活化的活性炭粉末，加入1ml 1%的戊二醛溶液，在微波中 45℃下反应5min，吸取2.5ml制膜液制膜 。
参考文献：
[1] 毕韶丹，安向艳，党明岩等.香草醛改性壳聚糖对镉离子的吸附热力学和动力学[J].功能材料，2012，08：1001-1004.
[2] 柯仁怀，关怀民，林妹等.离子印迹交联壳聚糖的制备及其对Zn+的吸附作用[ J].福建医科大学学报，2007,41(5):440-443.
[3]刘清玉.微波法合成交联壳聚糖及其在水处理中的应用[D].沈阳理工大学，2013.
[4]王丽坤，王玉青，刘清玉，许波.戊二醛交联壳聚糖膜的制备[J].资源节约与环保，2014,06:45.