隨著(zhù)工業(yè)的發(fā)展，廢水中銅、鎘、鋅、鉛等重金屬離子污染日益嚴重，這些不可生物降解的金屬離子即使是低濃度也是有害的，可能導致人體感染和疾病。采用合適的吸附材料吸附金屬離子是一種有效的方法，如活性炭吸附劑，碳納米管吸附劑等。但活性炭低濃度時(shí)，吸附能力差，且再生困難；碳納米管吸附劑雖然吸附效果好，但后處理困難，會(huì )增加成本，產(chǎn)生新的污染。

聚乙烯醇縮甲醛泡沫(PVF)是聚乙烯醇(PVA)與甲醛的重要縮合產(chǎn)物，具有豐富的開(kāi)孔結構，較好的力學(xué)強度和耐磨性，耐候性及生物相容性好，因此在諸多領(lǐng)域都有廣泛的應用，如清潔材料、過(guò)濾材料、吸收劑和功能性醫用材料等。殼聚糖是含多種螯合基的天然生物聚合物(如氨基、羥基、乙酰氨基)，能通過(guò)螯合作用或離子交換作用除去廢水中的金屬離子及染料等有害物質(zhì)。

本課題組對聚乙烯醇縮甲醛進(jìn)行過(guò)深入研究，可以制備出微米級孔徑的縮醛泡沫。在此基礎上，如果在泡沫中引入殼聚糖制備復合泡沫，這種復合泡沫不僅具有泡沫材料的多孔結構，而且殼聚糖中的功能基團如氨基還能吸附金屬離子，達到除去廢水中重金屬離子的目的。本文將殼聚糖引入到聚乙烯醇縮甲醛泡沫中，成功制備出基于聚乙烯醇縮甲醛的大孔吸附劑PVF-Cs，并詳細研究了泡沫對Cu(II)和Pb(II)離子的吸附性能。該方法操作簡(jiǎn)便，吸附后處理簡(jiǎn)單，成本較低，可為進(jìn)一步的工業(yè)廢水處理提供理論依據和方法。

1、實(shí)驗部分

1.1 原料

聚乙烯醇：聚合度為(1700±5)，醇解度為99%，中石化四川維尼綸廠(chǎng)；甲醛：分析純，濃度為38%，成都貝斯特試劑廠(chǎng)；硫酸：分析純，濃度為98%，成都科龍化工試劑廠(chǎng)；OP-10：分析純，成都科龍化工試劑廠(chǎng)；殼聚糖：成都科龍化工試劑廠(chǎng)；Cu(NO3)2?3H2O、Pb(NO3)2：成都科龍化工試劑廠(chǎng)；HNO3、NaHCO3：成都科龍化工試劑廠(chǎng)；去離子水：自制。

1.2 聚乙烯醇縮甲醛-殼聚糖泡沫的制備

將60g的PVA顆粒置于540g水中，室溫浸泡過(guò)夜后加熱到90℃溶解6h，獲得均相10%的PVA溶液。取60g上述PVA溶液置于三口燒瓶中，加入1.2g殼聚糖攪拌直至溶液變成淡黃色均勻溶液，然后加入27mL甲醛溶液及6mL濃度為50%的硫酸溶液，攪拌均勻后再加入5mLOP-10乳化劑，將轉速升到1200r/min，攪拌30min后將其轉移至模具中，于65℃固化5h，即獲得PVF-殼聚糖復合泡沫，簡(jiǎn)稱(chēng)為PVF-Cs泡沫。不加入殼聚糖在同等條件下制備的泡沫簡(jiǎn)稱(chēng)為PVF。

1.3 性能測試

1.3.1 傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)測試：采用美國Nicolet6700傅里葉變換紅外測試儀(ThernoElectron公司，美國)進(jìn)行測試。紅外的測試范圍為500~4000cm-1，分辨率為4cm-1，掃描次數為24。

1.3.2 元素分析(EA)：采用意大利EuroEA3000型元素分析儀對泡沫進(jìn)行N元素分析，并結合氨基顯示反應確定氨基的成功引入。

1.3.3 掃描電子顯微鏡(SEM)觀(guān)察：采用日本日立公司的S-3400型掃描電子顯微鏡觀(guān)察PVF、PVF-Cs泡沫的斷面形貌，其加速電壓為15kV。

1.3.4 電感耦合原子發(fā)射光譜(ICP-AES)測試：采用美國的IRISADV型電感耦合原子發(fā)射光譜儀測試吸附前后溶液的離子濃度。

2、結果與討論

2.1 PVF-Cs復合泡沫的結構

PVF和PVF-Cs的紅外光譜如Fig.1所示。

在PVF的紅外光譜中，3200~3600cm-1處強而寬的吸收峰對應O-H的拉伸振動(dòng)峰，2858~2918cm-1處的峰對應C-H的拉伸振動(dòng)峰。1019~1118cm-1處的吸收峰歸因于PVF結構中C-O-C的存在。與PVF的紅外圖對比，PVF-Cs在3437cm-1處的典型吸收峰明顯增加，存在一定程度的藍移，在1643cm-1處峰有相同的趨勢，這是因為加入的殼聚糖引進(jìn)了氨基及羥基的緣故。

為了進(jìn)一步證明PVF-Cs泡沫中有氨基的存在，利用氨基與茚三酮的顯色反應進(jìn)行鑒定，Fig.2為殼聚糖加入前后泡沫與茚三酮的顯色反應。將PVF、PVF-Cs泡沫浸入配置好的1%茚三酮溶液中，加熱到60℃反應一段時(shí)間。從圖中可以看出加入殼聚糖后，PVF-Cs泡沫與茚三酮溶液反應后呈現出紫色，而PVF泡沫則無(wú)明顯的變化，證明了PVF-Cs中氨基的存在，即殼聚糖成功地附著(zhù)在泡沫上。并且通過(guò)元素分析測得，PVF-Cs泡沫中的C、H、N的元素質(zhì)量分數分別為56.954%、8.745%、1.512%，經(jīng)計算得出PVF-Cs泡沫中-NH2含量為1.08mmol/g。