黄原胶是一种重要的天然生物多糖大分子，1952 年由美国农业部伊利诺斯州皮奥里尔北部研究所分 离得到甘蓝黑腐病黄单胞菌，并使甘蓝提取物转化为 水溶性的酸性胞外杂多糖而得到[2]。黄原胶可以溶于 冷水和热水中，具有高粘度，高耐酸、喊、盐特性、高耐 热稳定性、悬浮性和触变性等，常被用作増稠剂、乳化

剂、悬浮剂和稳定剂等'黄原胶的分子骨架结构类似 于纤维素，但是黄原胶的独特性质在于每隔一个单元 上存在的由甘露糖醋酸盐、终端甘露糖单元以及两者 之间的一个葡萄糖醛酸盐组成的三糖侧链。侧链上的 葡萄糖醛酸和丙酮酸群赋予了黄原胶负电荷，且其负 电荷密度随溶液pH值的増加而増加。黄原胶对水中铅离子吸附性能研究，作为生物大分 子吸附剂的一种，黄原胶具有吸附重金属离子的结构 优势，能通过许多机理吸附重金属离子，且黄原胶本 身是可生物降解的，黄原胶对水中铅离子吸附性能研究，是环境友好型的吸附材料。黄原 胶独特的物理、化学性质己促使其广泛应用于日用化 工、医药、采油等各个领域。

对除微生物菌体外的生物吸附剂[«]，国内外主要 集中在对壳聚糖及其改性产物吸附重金属离子的研 究上0]。本文主要从另一种常见的生物大分子吸附剂 黄原胶出发，研究其对Pb2+的吸附性能，考察黄原胶 浓度、溶液pH值、温度及吸附时间等因素对黄原胶吸 附性能的影响，以期开发出一种新型的生物吸附剂。

1实验部分

1.1试剂及主要仪器

试剂:Pb(NO3)2为分析纯试剂（天津市博迪化工 有限公司生产），黄原胶(青岛扶桑精制加工有限公司 生产，其分子结构示意图如图1所示），所有溶液均采 用去离子水配制。

仪器:3510型原子吸收分光光度计（安捷伦科技 上海分析仪器有限公司，中国），TG16-WS台式高速 离心机(长沙湘仪离心机仪器有限公司）。

 

1.2实验方法

用Pb2+标准溶液（1 000 ^g/mD配制不同浓度的 Pb2+溶液，并利用原子吸收分光光度计测其吸光度，绘 制Pb2+的原子吸收标准曲线。

称取一定量的黄原胶作为吸附剂，分别加入不同 浓度的PbN〇3溶液，放入摇床，25 °C下充分振荡至所 需时间，取出后在10 000 r/min转速下离心20 min， 取上清液并测其吸光度，通过测定吸附前后溶液中 Pb2+的浓度，计算Pb2+的去除率和黄原胶的吸附容量。 黄原胶浓度、溶液pH值、温度及吸附时间对Pb2+去除

率和吸附剂吸附容量影响的测量方法同上。

1.3去除率计算

Pb2+的去除率由式⑴计算，式中P为去除率，c。 为吸附前金属离子浓度(mg/L)，Q为吸附后金属离子 浓度(mg/L)。

P = (C0-Ce) x100%(1)

C0

1.4吸附容量计算

Q= (C0-Ce) xV(2)

m

式(2)中Q为吸附容量(mg/g)，V为溶液体积(L)， m为吸附剂干重(g)。为了描述和预测黄原胶的吸附性 能，我们选用Fruendlihc和Langmuir两种模型。 Freundlich等温方程式为：

Q = Kce11 n(3)

将式⑶取对数得:logQ=logK+1Mogce (其中K 和n是表示吸附能力和强度的经验常数)；

Lnagmuir 等温方程式为:

Q = Q〇Kc⑷

1+ KCe

由式⑷取倒数得式中：Q0为 Q Q0 QKce

最大吸附容量(mg/g)。

2实验结果及讨论

2.1吸附时间对吸附性能的影响

取浓度为10mg/L的Pb2+溶液，加入浓度为1.0 g/L的黄原胶进行吸附，黄原胶对水中铅离子吸附性能研究，在不同吸附时间后，黄原胶对 Pb2+的吸附性能结果如图2中所示。图中数据表明:黄 原胶对Pb2+的去除率在反应开始时増加较快，当吸附 时间为30 min后Pb2+的去除率己达到65.6°%;随吸附 时间的继续増加，Pb2+的去除率増加缓慢，可认为吸附 己基本达到平衡。因此，在以下的实验中，吸附时间选 取 30 min。

 

2.2 pH值对黄原胶吸附性能的影响

黄原胶对重金属离子的吸附与溶液的pH值有 关。在不同pH值下，黄原胶对Pb2+的吸附性能结果如  

图3中所示。可以看出：随着溶液pH值的升高，黄原 胶对Pb2+的去除率逐渐増加，pH值在6.5~8.5之间 时，去除率较高;pH>8.5以后，黄原胶对Pb2+的去除率 呈下降趋势。上述实验现象表明：黄原胶对Pb2+吸附 的最佳pH范围为6.5~8.5之间。这是因为黄原胶吸附 重金属离子，主要是通过分子侧链上的葡萄糖醛酸和 丙酮酸群赋予的黄原胶负电荷与重金属离子形成离 子对而实现的；当溶液中OH-浓度较高时，黄原胶分 子带有更多的负电荷，与带相反电荷的Pb2+产生静电 引力，从而有利于増加其对金属离子的去除率。pH值 进一步増高导致去除率下降，主要是由于Pb2+水解造 成的，在碱性环境中，OH-浓度増加导致Pb2+发生水 解，形成羟基络合物稳定存在于溶液中，从而导致去 除率显著降低[9]。此外，当pH值过高时，黄原胶中的- OH形成-O-，使其与Pb2+形成螯合物的溶解性増大， 这也是去除率降低的原因之一。

c(黄原胶)=1.0g/L，/=30min

 

40 - 20 -

图3 Pb:+i除率与溶液pH位关系图

2.3温度对黄原胶吸附性能的影响

温度是影响吸附的重要因素之一。在不同温度 下，黄原胶对Pb2+的去除率结果如图4所示。由图中 结果可以看出：随着温度升高，Pb2+的去除率逐渐増 加，说明黄原胶对Pb2+的吸附是吸热过程；当温度达 到35 °C时去除率达到80%，之后随温度的继续升高 去除率基本保持不变。因此，黄原胶去除Pb2+的适宜 温度为35 °C。但由于在实际应用中，去除废水中重金 属Pb2+时，大部分体系处于室温环境，黄原胶对水中铅离子吸附性能研究，故其它吸附条 件的研究仍选择在25 C下进行。

 

2.4黄原胶用量对吸附性能的影响

固定溶液中Pb2+浓度为10mg/L，改变黄原胶用 量(黄原胶浓度范围为0.2~1.6 g/D，考察其对Pb2+吸 附性能的影响，实验结果如图5所示。图5结果表明： 随着溶液中黄原胶浓度的増加，Pb2+的去除率逐渐増 大；当黄原胶加入量増大到0.8 g/L时，Pb2+的去除率 达到最大值80.7%;此后继续増加黄原胶用量，Pb2+的 去除率迅速降低，最终达到平衡。故黄原胶对Pb2+的 适宜吸附浓度为0.8 g/L。

 

黄原胶分子在水溶液中可形成多级结构。一级结 构是侧链和主链间通过氢键维系形成螺旋和多重螺 旋;二级结构是侧链绕主链骨架反向缠绕，通过氢键 维系形成棒状双螺旋结构;三级结构是棒状双螺旋结构 间靠微弱的非极性共价键结合形成的螺旋复合体[10]。 据文献报道:黄原胶在水溶液中通常以单体和棒状双 螺旋两种结构共存的形式存在，当黄原胶浓度高于 0.1 g/L时，棒状双螺旋结构所占比例将超过70%，浓 度继续升高将有一部分棒状双螺旋结构的黄原胶分 子进一步形成螺旋复合体结构™。黄原胶浓度的増加 有利于其缔合结构的形成，由此，黄原胶浓度高于0.8 g/L时Pb2+吸附量大幅度降低可能是由于此时大部分 黄原胶分子以螺旋复合体结构存在，这种高级结构的 存在导致黄原胶所带负电荷未直接暴露于溶液中，故 对Pb2+的吸附量迅速降低。

2.5吸附等温线

黄原胶在水溶液中对Pb2+的吸附性能可用吸附 等温线来表示。实验中控制溶液体积为100 mL，初始 金属离子浓度在5~30 mg/L范围内，黄原胶投加量为 0.1 g。将吸附平衡时所得数据分别用Langmuir和 Freundlich吸附等温式进行处理，得到黄原胶吸附 Pb2+的等温线分别如图6和图7所示，由图中直线方 程计算出的K和n值列于表1中。图6和图7表明： 黄原胶对Pb2+的吸附等温线符合Langmuir和Fre¬undlich 方程，说明这一吸附具有 Langmuir 和 Fre¬undlich 等温吸附的特点[12]。 由图 6(a)可以看出：黄原胶对水中铅离子吸附性能研究，等温 曲线有较大的斜率，表明黄原胶对Pb2+有较强的吸附 亲和力，在所研究的浓度范围内尚没有达到饱和吸附 平衡[13]。

 

 

Q〇/mg-g-1KnK

164.740.021.112.71

由表1中数据可以看出:黄原胶对Pb2+的最大吸附 容量可达164.7 mg/g(0.796 mmol/g)，与同种类型的生 物吸附剂壳聚糖相比(铅离子浓度为10.94 mg/L的溶 液，在25 °C、壳聚糖用量为0.483 g、吸附80 min条件 下，壳聚糖对铅的饱和吸附量为0.748 2 mmol/g)[14]， 二者最大吸附量相当，说明其对Pb2+具有较强的吸附 能力;但与一些交联或改性过的壳聚糖相比，黄原胶 吸附能力略低[15]，这主要是由于黄原胶是未改性的天 然物质，其对Pb2+的吸附能力有一定限度，而改性后 的黄原胶预计其吸附能力也将有所提高。

2.6吸附机理探讨

黄原胶可以去除或回收废水中的重金属Pb2+，这 主要是由黄原胶分子的特殊结构所引起的。我们认为 黄原胶与Pb2+主要是通过离子对形成和螯合作用两 种机理而发生结合的。黄原胶分子侧链上的葡萄糖醛 酸和丙酮酸群赋予了黄原胶负电荷，故其可通过与带 相反电荷的Pb2+形成离子对进行吸附；同时，黄原胶 分子链段中含有大量的吸附中心-OH基团，这些吸附 中心都有孤对电子，遇到具有空d轨道的金属离子， 可参与对此类离子的螯合作用，形成不同形式的螯合 物，从而可进行吸附[9]。此外，黄原胶又具有多孔结构， 黄原胶对水中铅离子吸附性能研究，具有较大的表面积，因此，黄原胶对Pb2+具有较高的 吸附能力。

3结论

研究结果表明：在该实验条件下，黄原胶静态吸 附Pb2+的时间取30 min以上为宜；溶液的pH值影响 黄原胶的吸附效果，pH值在6.8~8.5之间时，去除率 较高，pH>8.5以后，黄原胶对Pb2+的去除率呈下降趋 势；黄原胶对Pb2+的去除率还受温度影响，随温度的 升高，去除率逐渐増加，适宜的去除Pb2+温度为35 C 以上;适宜的黄原胶用量为0.8 g/L。综上，黄原胶对去 除重金属Pb2+有很大的温度和酸碱度适用范围，且吸 附时间较短，处理方便，而且黄原胶本身可降解，环境 友好，无二次污染，因此有很好的应用前景。