淀粉复合絮凝剂（精选6篇）
淀粉复合絮凝剂 篇1
絮凝剂净水技术既经济实惠又操作简便,是目前国内外常用的一种污水处理技术,被广泛应用于工业废水的处理、循环用水、及污泥脱水等水处理过程［1］。絮凝剂的性能对净水效果的影响很大,研究和使用中常见的絮凝剂包含无机絮凝剂［2］、有机高分子絮凝剂［3］和复合絮凝剂［4］等。无机絮凝剂使用量大,易造成环境次污染,其发展受到了限制; 有机高分子絮凝剂具有降解困难,部分有毒性,产生的絮凝体体积庞大,且价格相对较高,也不利于大规模使用。淀粉是一种天然的高分子化合物,其分子是由许多的葡萄糖分子单元经过分子间脱水缩聚形成的,分子中具有大量的醇羟基,通过这些羟基与其他的基团进行酯化、醚化、交联、接枝等反应,可以进一步优化其性质,扩展其用途。改性淀粉具有原料易得,价格低廉,无毒性,无二次污染等优点,成为一种极具发展前景的天然高分子絮凝剂。近年来,淀粉在污水处理中的应用受到了研究者的密切关注［5－6］。何玉凤等制备了聚合氯化铝复合羧甲基淀粉絮凝剂PAC-CMPS［7］,及聚合硫酸铁复合羧甲基淀粉絮凝剂PES-CMPS［8］,研究了无机-有机复合改性淀粉絮凝剂的絮凝效果。结果表明,复合型絮凝剂兼具无机絮凝剂和有机絮凝剂的优点,大大提高了改性淀粉絮凝剂的絮凝性能。石茂健等［9］以二硫代氨基甲酸盐改性淀粉,制备出性能较好的复合淀粉絮凝剂。尽管如此,目前关于铁铝复合改性淀粉絮凝剂的研究还尚未有报道。
本文以玉米淀粉、硫酸铝和硫酸亚铁为原料,制备铁铝基淀粉复合絮凝剂,通过单因素试验考察制备工艺对絮凝剂性能的影响,结合正交试验确定最佳的制备工艺条件。
1 实验部分
1. 1 试剂与仪器
玉米淀粉,南京甘汁园糖业有限公司; 氢氧化钠( 分析纯) ,西陇化工股份有限公司; 硫酸铝( 分析纯) ,天津市福晨化学试剂厂; 七水合硫酸亚铁( 分析纯) ,广东光华科技股份有限公司; 硫酸( 分析纯) ,西陇化工股份有限公司; 高岭土( 化学纯) ,国药集团化学试剂有限公司。
AR224CN型电子天平,奥豪斯仪器上海有限公司; HH型电热恒温水浴锅,上海博讯实业有限公司医疗设备厂; JJ-1精密增力电动测速搅拌器,山东省菏泽市祥龙电子科技有限公司; FG2-便携式p H计,梅特勒-托利多仪器上海有限公司WGZ-2000 浊度计,上海昕瑞仪器仪表有限公司。
1. 2 实验方法
1. 2. 1 铁铝基淀粉复合絮凝剂的制备
用电子分析天平准确称取30 g的玉米淀粉溶解于120 m L去离子水中,并将溶液倒入三口烧瓶内,再在50 ℃ 水浴中按Na OH / 淀粉( 质量比) = 1 ∶10 缓慢匀速加入Na OH溶液,搅拌反应1 h,得到改性淀粉溶液。采用硫酸溶液调节改性淀粉溶液p H到一定值2,然后往改性淀粉溶液中依次加入20 m L0. 5 mol / L Al2( SO4)3溶液与8 m L 0. 5 mol/L Fe SO4溶液,维持p H不变,于50 ℃ 恒温水浴锅中反应4 h,冷却后得到复合絮凝剂溶液。
1. 2. 2 浊度去除率的测定
实验室自制一定浓度的高岭土悬浮液。取两份400 m L该悬浮液于两个烧杯中,往其中1 烧杯中滴加4 滴所制备的复合絮凝剂溶液滴,先快速搅拌3 min,再慢速搅拌3 min,静止10 min。分别取未加絮凝剂的高岭土悬浮液和加了絮凝剂的溶液上层清液测定其浊度,其浊度分别定义为初始浊度和剩余浊度。每组试验均进行3 次平行测定,结果取均值。浊度去除率的计算公式为:
浊度去除率=( 剩余浊度-初始浊度) /初始浊度×100%
2 结果与分析
2. 1 单因素试验
2. 1. 1 淀粉加入量对浊度去除率的影响
保持反应时间4 h和反应温度50 ℃ 不变,分别称取1 g、1. 5 g、2 g、2. 5 g、3 g、3. 5 g淀粉按1. 2. 1 所示的铁铝基淀粉复合絮凝剂的制备工艺流程制备复合絮凝剂溶液样品。然后进行浊度测定,计算浊度去除率,结果如图1 所示。
图1 为淀粉加入量对浊度去除率的影响。由图可见,随着淀粉加入量的增加,模拟悬浮液浊度去除率迅速增大,当淀粉加入量为2 g时达到峰值,之后随淀粉加入量的继续增加,溶液浊度去除率逐渐下降。由此可见,最佳的淀粉加入量为2 g。
2. 1. 2 反应时间对浊度去除率的影响
保持淀粉加入量2. 5 g和反应温度50 ℃ 不变,将反应时间分别设为2 h、3 h、4 h、5 h、6 h,按1. 2. 1 所示的铁铝基淀粉复合絮凝剂的制备工艺流程制备复合絮凝剂溶液样品。然后进行浊度测定,计算浊度去除率,结果如图2 所示。
图2 为反应时间对浊度去除率的影响。由图可以看出,随着反应时间的增加,浊度去除率先逐渐增大,然后又逐渐减小,反应时间为4 h时达到最大值。这说明反应时间对复合絮凝剂的生成量有影响,进而影响其絮凝效果。最佳反应时间为4 h,此时复合絮凝剂的浊度去除率最大,可达到87% 。
2. 1. 3 反应温度对絮凝剂浊度去除率的影响
保持淀粉加入量2. 5 g和反应时间4 h不变,将反应温度分别设为30 ℃ 、45 ℃ 、60 ℃ 、75 ℃ 、90 ℃ ,按1. 2. 1 所示的铁铝基淀粉复合絮凝剂的制备工艺流程制备复合絮凝剂溶液样品。然后进行浊度测定,计算浊度去除率,结果如图2 所示。
图3 为反应温度对浊度去除率的影响。由图可见,随着反应温度升高,浊度去除率先增大后减小,也出现一个极大值,即温度为60 ℃ 。但也可看出温度对浊度去除率的影响相对较小,说明复合絮凝剂的制备温度适应性广。
2. 2 正交实验
为优化铁铝基淀粉复合絮凝剂的制备工艺条件,在单因素试验的基础上,设计L9( 33) 正交实验,进一步研究淀粉加入量、反应时间、反应温度等因素对改性淀粉絮凝剂浊度去除率的影响,优化样品制备工艺条件。确定淀粉加入量为A、反应时间为B、反应温度为C。正交实验因素水平如表1 所示。
正交实验结果如表2 所示。
由方差分析表可以看出因素B最不显著,因素A、C的F值比较接近,虽然A、C有影响但也没有表现出显著性,结合正交直观分析结果极差R值得大小可以看出各因素的作用主次顺序,即为淀粉加入量>反应时间>反应温度,这说明了在实验考察的范围内,淀粉的加入量对改性复合絮凝剂浊度去除率的影响最大,其次为反应时间,而反应温度对改性复合絮凝剂的浊水去除率的影响作用最小。根据正交分析结果可以知道,制备改性淀粉复合絮凝剂的最佳制备工艺条件为A1B2C3,即淀粉加入量为1. 5 g,反应时间为4 h,反应温度为70 ℃ 。
3 结论
本文采用淀粉作为原料,用氢氧化钠改性淀粉,得到改性淀粉溶液,再在酸性条件下,加入硫酸亚铁与硫酸铝,使得改性淀粉充分反应,交联,枝化,得到改性淀粉复合絮凝剂,以高岭土浊水的浊度去除率为标准,通过正交实验与极差分析,以及验证试验,确定了改性淀粉复合絮凝剂的最佳制备工艺条件为: 淀粉加入量1. 5 g,酸溶反应时间4 h,酸溶反应温度70 ℃ 。在该工艺条件下,高岭土浊水浊度去除率高达95% ,净水效果较好。
摘要：以玉米淀粉、硫酸铝和硫酸亚铁为原料制备铁铝基淀粉复合絮凝剂。以高岭土浊水的浊度去除率为评价指标,通过单因素试验考察了淀粉加入量、反应温度和反应时间对复合絮凝剂絮凝性能的影响。在此基础上,设计正交试验确定复合絮凝剂的最佳制备工艺。结果表明:淀粉用量为1.5 g,反应时间为4 h,反应温度为70℃时,絮凝性能最佳,浊度去除率达到95%。
关键词：淀粉,复合絮凝剂,浊度去除率,单因素试验,正交试验
淀粉复合絮凝剂 篇2
淀粉是一种可再生绿色环保资源, 是由葡萄糖单体构成的天然高分子, 通过改性可加大其絮凝效果[4]。其中阳离子改性淀粉常作为优良的高分子絮凝剂, 是由于其对废水中负电荷物质的亲和性[5], 聚铝和聚铁基复合絮凝剂均可用于污水处理及水质净化, 但铝对人体有害, 故无机部分常选用聚铁基[6]。
1 复合絮凝剂的制备
阳离子改性淀粉 (CS) :向烧杯中加入4m L CHPTMA, 滴入2m L 10mol/L Na OH和12m L蒸馏水在低于10℃下活化反应10min, 再加15g淀粉, 把处理过的药品滴入淀粉中, 搅拌均匀。于50℃下预干燥1h, 粉碎后置于密闭容器中, 85℃下反应得到白色固体粗产品[7]。
聚合硫酸铁 (PFS) :称取10g硫酸亚铁, 加入10m L蒸馏水和2m L浓硫酸, 磁力搅拌30min, 边搅拌边滴加3m L双氧水, 静置, 制得红褐色粘稠状聚合硫酸铁溶液。
聚硅酸铝铁 (PSAF) :称取5.36g硅酸钠, 加入100m L蒸馏水, 搅拌至完全溶解, 稀硫酸调节p H为5~6, 在水浴锅中稍加热, 出现大量絮状物直至溶液呈果冻状, 静置。向其中加入氯化铝2.4g, 搅拌5min后加入氯化铁3.3g, 继续搅拌30min, 放置熟化, 有悬浊液聚硅酸铝铁生成。
聚合硫酸铁-阳离子改性淀粉复合絮凝剂 (PFS+CS) :称取4g PFS, 1g CS和15m L蒸馏水, 先后加入烧杯。用稀硫酸调节p H为1.5。减压过滤, 60℃下烘干制得灰色固体PFS+CS。
聚硅酸铝铁-阳离子改性淀粉复合絮凝剂 (PSAF+CS) :称取8g CS, 加入15m L PSAF, 稀盐酸调节p H为2.0, 在50℃下反应1h, 减压抽滤并烘干, 制得橙黄色固体PSAF+CS。
2 复合絮凝剂的红外光谱 (IR) 表征
对PFS、PSAF、CS、PFS+CS、PSAF+CS进行红外光谱分析, 探讨反应前后物质结构的变化。结果如图1、图2所示。
由图1、图2红外光谱图可看出各物质反应前后的结构变化。其中, 1 000cm-1附近的吸收峰分别是淀粉中的伯醇、仲醇和醚键的特征吸收, 1 658cm-1处的吸收峰是由于O—H键的振动产生, 2 934cm-1处的吸收峰归属于C—H的振动, —OH的伸缩振动产生了3 500cm-1处的吸收峰。其中图1中PFS+CS和图2中PSAF+CS在3 500cm-1左右都较PFS、CS及PSAF、CS的吸收峰有加宽, 这表明在这个波数附近PFS和CS、PSAF和CS的吸收峰发生重叠, 即形成了复合絮凝剂。
3 絮凝效果实验
3.1 CODGr去除实验
采用重铬酸钾滴定法, 使用复合絮凝剂PFS+CS、PSAF+CS对邻苯二甲酸氢钾模拟废水絮凝前后进行CODGr去除实验[8], 相关数据见表1。
由表1可知, 复合絮凝剂可絮凝模拟废水中大部分污染物, 这表明复合絮凝剂对CODGr的去除效果很好, 去除率可达到70%以上。
3.2 重金属去除实验
利用原子吸收分光光度计测定系列Zn2+浓度的标准曲线, 相关数据见表2, 其中A代表样品的吸光度。
将表2数据进行线性拟合, 得到Zn2+浓度-吸光度标准曲线, 其回归方程[A]=0.278 3[C]-0.004 8及相关系数R2=0.998 2。
使用复合絮凝剂对Zn2+模拟废水进行絮凝实验, 作原子吸收处理。絮凝前后的数据如表3所示。
由表3可知, 复合絮凝剂可沉淀废水中Zn2+, 且去除率可达40%以上, 由此表明, 复合絮凝剂对重金属元素离子 (Zn2+) 絮凝效果较好。
4 结论
制备了两种复合絮凝剂PFS+CS和PSAF+CS, 并通过红外光谱表征研究了絮凝剂复合前后的结构变化, 结果表明, 改性淀粉与聚铁基无机组分得到结合, 制得了新型的复合絮凝剂。同时, 对模拟废水进行絮凝效果实验, 其中CODGr去除率可达70%以上, 对重金属离子Zn2+的去除率达40%以上, 说明复合絮凝剂的絮凝效果较好。
参考文献
[1]毛艳丽, 张延风, 罗世田, 等.水处理用絮凝剂絮凝机理及研究进展[J].华中科技大学学报:城市科学版, 2008, 25 (2) :78-82.
[2]张振花, 何玉凤, 张侠, 等.聚铁和聚铝类絮凝剂的改性及在废水处理中的应用研究进展[J].水处理技术, 2010, 36 (09) :10-15.
[3]刘志远, 李昱辰, 王鹤立, 等.复合絮凝剂的研究进展及应用[J].工业水处理, 2011, 31 (5) :5-8.
[4]王新语.淀粉基复合吸附材料的合成及吸附性能研究[D].鲁东大学, 2013.
[5]具本植.高取代度阳离子淀粉的制备与应用研究[D].大连:大连理工大学, 2000.
[5]郑怀礼.聚铁基复合絮凝剂的研究[D].重庆:重庆大学, 2003.
[6]卢珍仙.利用玉米淀粉制备高取代度阳离子淀粉的研究[J].化学世界, 2005, 46 (12) :734-736.
[7]姜应新.新型阳离子淀粉的合成及其应用性能研究[D].大连:大连理工大学, 2010.
淀粉复合絮凝剂 篇3
1 实验材料和仪器
1.1 实验材料
糯玉米淀粉(含水量11.97%);三氯二羟丙基三甲基氯化铵(CHPTMA,纯度69%);氢氧化钠、浓硫酸、乙醇、盐酸(均为分析纯)。
1.2 实验仪器
电热恒温鼓风干燥箱;抽滤机;电子天平;磁力搅拌器;烧杯,锥形瓶等玻璃仪器。
2 实验方法
2.1 阳离子淀粉的制备
按一定比例将氢氧化钠、醚化剂CHPTMA和少量水在低于10 ℃下活化反应10 min,称取糯玉米淀粉40 g,与活化过的药品搅拌均匀,于50 ℃下预干燥1 h,取出粉碎后置于密闭容器中,在一定的温度和时间下反应得白色固体粗产品。
2.2 阳离子淀粉取代度测定
将样品用含有适量乙酸的80%的乙醇溶液浸泡,然后过滤、洗涤、干燥,制得纯的阳离子淀粉,用于以下分析测定。含氮量测定参照GB 12091—89进行,按式(1)计算取代度:
undefined
式中,X1为阳离子淀粉氮含量,%;X0为原糯玉米淀粉氮含量,%;11.57、13.44为换算系数。
2.3 阳离子淀粉制备工艺参数的确定
以取代度为测定指标,分别研究醚化剂用量,氢氧化钠与醚化剂的摩尔比、反应温度和反应时间对反应的影响,在单因素实验的基础上,设计正交实验,因素和水平设计见表1。选择L9(34)正交表安排实验。
2.4 阳离子淀粉对酒精废液絮凝脱色性能测定[4]
取一定量的含有玫瑰花色素的酒精废液置于烧杯中,于室温下加入一定量的阳离子淀粉,用磁力搅拌器中速搅拌一定时间,使之充分混合,静置沉降一定时间后得到经絮凝脱色处理后的上清液。以蒸馏水作为参照基准,于560 nm处分别测定酒精废液脱色前和脱色后的吸光值,按式(2)计算脱色率η:
undefined
式中,A0为处理前酒精废液的吸光值;A1为处理后上层清液的吸光值。
3 结果与分析
3.1 醚化剂用量对淀粉取代度的影响
糯玉米淀粉干基40 g,氢氧化钠与醚化剂摩尔比为1.4,控制体系水的质量为10 g,50 ℃下预干燥1 h,反应温度80 ℃,反应时间4 h,考察醚化剂用量为10.5 g、14.0 g、17.5 g、21 g、24.5 g时的反应情况,如图1所示。
由图1可以看出,随着醚化剂用量的增加,反应产物的取代度逐渐增大,当醚化剂用量超过21 g时,取代度随着醚化剂用量的增加而急剧下降。这是因为淀粉中可用于反应的羟基是恒定的,浓度超过一定值后,可供取代的羟基相对量减少,空间位阻增加,不利于反应进行。
3.2 氢氧化钠与醚化剂的摩尔比对淀粉取代度的影响
糯玉米淀粉干基40 g,醚化剂用量21 g,控制体系水的质量为10 g,50 ℃下预干燥1 h,分别取氢氧化钠与醚化剂的摩尔比为1.0、1.2、1.4、1.6,80 ℃反应4 h。氢氧化钠与醚化剂的摩尔比对所得产品取代度影响如图2所示。
从图2可知,比例为1.4时取代度最大,之后开始下降。其主要原因可能是参与醚化反应的物质是N-(2,3-环氧丙基)三甲基氯化铵(GTA),等物质的量的碱首先将3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CHPTMA)转化为环氧化物GTA,过量的碱会使淀粉的羟基活化,但是当碱量进一步增加时,会引起副反应的发生,从而使淀粉取代度下降。
3.3 反应温度对淀粉取代度的影响
糯玉米淀粉干基40 g,醚化剂用量21 g,氢氧化钠与醚化剂摩尔比为1.4,控制体系水的质量为10 g,50 ℃下预干燥1 h,考察60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃、100 ℃反应4 h时的反应情况如图3所示。
从图3中可以看出,随着反应温度的升高,取代度增加,在90 ℃时取代度最高,可以解释为升温有利于淀粉颗粒的膨胀和提高离子及反应试剂的流动性,使碱催化剂和阳离子化试剂容易渗透到淀粉颗粒中,从而使产品取代度得到提高。但温度太高,产品取代度又有所下降,且温度太高导致产品颜色略黄。这是由于淀粉发生胶化,导致阳离子化试剂渗透到淀粉颗粒中的能力下降,同时增加了阳离子化试剂在碱性条件下的水解速度,生成的阳离子淀粉也会发生部分分解反应。
3.4 反应时间对淀粉取代度的影响
糯玉米淀粉干基40 g,醚化剂用量为21 g,氢氧化钠与醚化剂摩尔比为1.4,控制体系水分质量为10 g,50 ℃下预干燥1 h,于80 ℃下分别反应2 h、3 h、4 h、5 h,考察反应时间对淀粉取代度和反应效率的影响如图4所示。
由图4可看出,随着反应时间的延长,取代度增加,但是当反应时间超过4 h后,取代度增加缓慢,说明反应已经达到平衡。
3.5 最佳反应条件的确定
制备季铵型阳离子淀粉的正交实验结果统计见表2。依据正交试验的极差分析可知,各因素对取代度和反应效率影响的主次顺序为:氢氧化钠与醚化剂的摩尔比>反应温度>醚化剂用量>反应时间,优化条件为A2B1C1D3,即醚化剂的加入量为绝干淀粉量的52.5%,氢氧化钠与醚化剂摩尔比为1.2,反应温度80 ℃,反应时间5 h。为检验其可靠性,采取上面最优条件进行试验,实际测得的取代度为0.3342,因此可作为最佳工艺参数。
3.3 季铵型阳离子淀粉作为絮凝剂处理酒精废液的实验
3.3.1 阳离子淀粉不同用量对酒精废液脱色率的影响
从表3可知,酒精废液的脱色率随阳离子淀粉用量的增加而增加,但当用量达到一定范围内,脱色率增加不明显,当絮凝剂质量浓度大于1250 mg·L-1时,脱色率开始减小。其原因可能是阳离子淀粉絮凝剂是通过对废液中带负电荷的悬浮粒子的电荷中和作用及吸附架桥作用生成絮凝体沉淀而使体系脱色的。但是当加入的阳离子淀粉量太大时,酒精废液中的颗粒物质因吸附了阳离子淀粉而带上正电荷,带正电荷的颗粒间因电荷排斥而重新分散稳定,导致处理效果下降。因此阳离子淀粉用量的最佳质量浓度范围为750～1250 mg·L-1。
3.3.2 阳离子淀粉取代度对酒精废液脱色率的影响
取本实验制备的不同取代度的阳离子淀粉进行絮凝实验。由表4可知,酒精废液的脱色率随阳离子淀粉取代度的提高而增加。经分析可知随阳离子淀粉取代度的提高,电荷密度增加,阳离子淀粉的电中和能力增强,相应地吸附在颗粒表面的阳离子淀粉的尾式和环式由于电荷密度高对另一颗粒负电荷区的吸引力增强,桥联絮凝能力增强,同理镶嵌作用也增强[5],因此阳离子取代度越高,絮凝效果越好。
4 结论
采用预干燥干法制备季铵型阳离子淀粉絮凝剂,具有工艺操作简单、反应效率高、环境污染小等优点。通过单因素实验和正交实验得到获得较高取代度的工艺条件为:醚化剂的加入量为绝干淀粉量的52.5%,氢氧化钠与醚化剂摩尔比为1.2,反应温度85 ℃,反应时间5 h。利用季铵盐型阳离子醚化剂CHPTMA对淀粉改性制得季铵盐型阳离子淀粉,通过对酒精废液的絮凝实验,表明阳离子淀粉用作絮凝剂时,用量少,絮凝操作简单。在阳离子淀粉质量浓度为1250 mg·L-1、取代度为0.3342时对酒精废液的脱色率达78.42%左右,说明阳离子淀粉对酒精废液具有一定的絮凝脱色效果。
参考文献
[1]董芳.絮凝机理及絮凝剂发展概况[J].科技信息,2008,(28):43-44.
[2]魏倩倩,童群义.季铵型阳离子淀粉絮凝剂的制备及其应用[J].化工进展,2008,27(2):303-307.
[3]陈彦逍,刘绍英,王公应.淀粉衍生物絮凝剂的研究进展[J].工业水处理,2007,27(1):1-3.
[4]张增磊,张华,李,等.改性淀粉絮凝剂的性能研究[J].环境保护科学,2007,33(6):56-58.
淀粉复合絮凝剂 篇4
1材料与方法
1. 1主要试剂及仪器
市售木薯淀粉;丙烯酰胺 (分析纯, 汕头市达濠精细化学品有限公司) ;阳离子化试剂 (Diallyldimethylammonium chloride, 65%, ALORICH CHEMISTRY) ) ;过硫酸铵 (分析纯, 广东汕头市西陇化工厂) ;亚硫酸氢钠 (分析纯, 天津市化学试
剂六厂三分厂) ;无水乙醇 (化学纯, 汕头市达濠精细化学品有限公司) ;高岭土 (化学纯, 汕头市达濠精细化学品有限公司) ;NaOH (化学纯, 汕头市达濠精细化学品有限公司) ;HCl (化学纯, 汕头市达濠精细化学品有限公司) 。
恒温水浴锅;真空干燥箱;液氮 (99.9%) ;PB-10型PH计 (北京赛多利斯仪器系统有限公司) ;JJ-4A型六联磁力搅拌器 (江苏金坛市阳光仪器厂) ;SGZ-2型数显浊度仪 (上海悦丰仪器仪表有限公司) ;ET99722多用途微电脑COD快速测定仪 (北京艾诺威) ;AL204型电子天平 (梅特勒-托利多仪器上海有限公司) 。
滇池水样取自昆明海埂公园, 浊度104.5, CODCr 76 mg/L;生活污水取自昆明某生活小区, 浊度118.0NTU, CODCr 179.52 mg/L;模拟水样为实验室自制:蒸馏水和自来水1∶1混合, 配制成400 mg/L高岭土悬浊液, 原始浊度104.5。
1.2实验方法
1.2.1絮凝剂的制备
取一定量木薯淀粉放入装有电动搅拌器的250 mL三口烧瓶中, 加入一定量蒸馏水, 在通氮气的条件下, 于恒温水浴锅中糊化20 min, 糊化温度为80℃, 冷却至40℃。加入计量的丙烯酰胺和阳离子化试剂 (m/m=13/7) , 搅拌一定时间, 再加入过硫酸铵, 缓慢
滴加亚硫酸氢钠, 继续搅拌至3.5 h。待反应终止, 将反应液冷却至室温后, 用无水乙醇沉淀产物。过滤, 洗涤后于真空干燥箱中50℃干燥至恒重, 得到阳离子型改性淀粉絮凝剂CCSAAGC。
1.2.2烧杯絮凝实验[2]
将絮凝剂粉碎后配制成1000 mg/L溶液。分量加入供试水样, 140 r/min搅拌2 min, 使絮凝剂与供试水样充分混合, 中速40 r/min搅拌5 min, 低速25 r/min搅拌10 min, 静置后于液面下3 cm处取上清液, 测定其浊度。
1.2.3 pH值对絮凝效果的影响实验
用硼砂、混合磷酸盐矫正pH计。配制0.1 mol/L HCl溶液和0.1 mol/L NaOH溶液调节pH值。选取pH梯度2、3、4、5、6、7、8、9、10、11进行上述烧杯絮凝试验, 静置30 min后于液面下3 cm处取上清液, 测定其浊度, 观察pH值对絮凝效果的影响。
1.2.4滇池水样和生活污水絮凝前后CODCr的测定
吸取絮凝前后水样各2 mL于CODCr消化管中, 混合均匀后于加热器中加热2 h, 冷却至室温后在COD快速测定仪读出CODCr值。测定絮凝剂对滇池水和生活污水的CODCr的去除效果。
2结果与讨论
2.1絮凝剂用量对絮凝效果的影响
絮凝剂用量对絮凝效果的影响显著。图1为用絮凝剂处理模拟水样30 min 后水样浊度的去除率。模拟水样的剩余浊度随投加量的增加而迅速减小。投加量仅为0.2 mg/L, 30 min剩余浊度8.69 NTU, 浊度去除率94.6%。当投加量为0.6 mg/L时, 30 min剩余浊度最小, 为4.01 NTU左右, 浊度去除率高达97.5%。
2.2絮凝时间对絮凝效果的影响
图2为固定絮凝剂用量0.6 mg/L时, 水样随时间的变化关系。实验表明, 水样的浊度随时间的增长而逐渐减小。用絮凝剂处理模拟水样30 min后, 浊度去除率达97.5%, 以后水样浊度下降十分缓慢, 基本保持不变, 故处理模拟水样时, 时间以30 min为佳。
2.3pH对絮凝效果的影响
固定絮凝剂用量为0.6 mg/L, 絮凝时间为30 min, 探讨pH值对絮凝效果的影响。
如图3所示, 絮凝剂CSAAGC对pH值有着很宽的适用范围。模拟水样pH在3.0～10.0范围内, 浊度去除率均在96%以上。弱酸条件下的絮凝效果略微好于弱碱条件下的絮凝效果。
2.4对不同来源废水的絮凝效果研究
2.4.1絮凝剂对生活污水的处理
将生活污水稀释4倍, 加入絮凝剂。当絮凝剂用量为5 mg/L时效果最佳, 1 d后的浊度去除率均在83%以上, 用絮凝剂处理后的生活污水, CODCr明显下降, 去除率达68.2%, CCSAAGC对CODCr也有较好的去除效果 (如图4) 。
2.4.2絮凝剂对泥浆悬浊液的处理
用絮凝剂对泥浆悬浊液进行处理, 获得较好效果。当絮凝剂用量大于等于4 mg/L, 30 min浊度去除率在68%以上。
2.4.3 絮凝剂对滇池水样的处理
滇池水质为V类, pH值7.6, 已重度营养化, 含藻丰富[3]。将滇池水稀释两倍, 用絮凝剂对其进行处理, 效果明显。当絮凝剂用量大于等于4 mg/L时, 水样浊度去除率均在84%以上;絮凝剂用量大于等与9 mg/L, 水样浊度去除率达到90%以上。同时, CCSAAGC对CODCr也有较好的去除效果, 处理后的滇池水样的CODCr明显下降, CODCr去除率71.2%。
3结论
CSAAGC是以廉价、富含多羟基的木薯淀粉通过改性、共聚而成的一种高分子物质, 主要通过吸附架桥发挥絮凝功能[4], 其分子链中含有一定量的极性基团, 能吸附水中悬浮的固体粒子, 使粒子间形成大的絮凝物, 从而达到净化废水的作用。相对PAC, PAM等一些传统絮凝剂来说, CSAAGC在净化水体的同时, 具有良好的生物可降解性, 避免有毒物质残留, 不会对水体造成二次污染, 是一种环境友好型絮凝剂[5]。CSAAGC的pH适用范围宽, 在pH3.0～10.0间均有较好的除浊效果, 处理高岭土模拟废水浊度去除率高达97.5%;对生活污水的浊度去除率达83%, CODCr去除率68.2%;对泥浆悬浊液的30 min浊度去除率68%;对滇池水样的浊度去除率90%, CODCr去除率71.2%。作为一种环境友好型絮凝剂, CSAAGC有望应用于今后的水处理中。
参考文献
[1]赵晓非, 王玉婵, 刘立新, 等.污水处理絮凝剂研究新进展[J].化学与生物工程, 2008, 25 (3) :19-22.
[2]张凯松, 周启星, 吴伟民.铝盐-淀粉复合絮凝剂污水处理效果研究[J].应用生态学报, 2004, 15 (8) :1443-1446.
[3]肖青.滇池水环境的现状、成因及对策[J].水利科技与经济, 2005, 11 (1) :26-28.
[4]永泽满, 滝泽章, 陈振兴.高分子水处理剂[M].北京:化学工业出版社, 1985.
复合型高效絮凝剂 篇5
该发明涉及一种用于重度污染水的复合型高效絮凝剂。其特征在于:该絮凝剂是以水溶性聚合物聚丙烯酰胺为主料, 以水溶性聚合物丙烯酸、羟乙基纤维素、丙烯酸乙酯为活性助凝剂, 以无机盐类硫酸亚铁、硫酸铝为催化凝聚剂, 通过计量混配、合成反应、稳定浓缩、真空脱水、喷雾干燥五个工艺步骤制备而成的白色粉末状物质;上述原料的具体质量配比如下:聚丙烯酰胺75份、丙烯酸8份、丙烯酸乙酯6份、羟乙基纤维素6份、硫酸亚铁3份、硫酸铝2份;制得的絮凝剂放入水中有悬浮扩散性, 密度为0.922 g/cm3, 熔点为160～170 ℃, 燃点为595 ℃;聚合度为 (2×104) ～ (2×105) ;相对分子质量为 (1.0～1.5) ×107。该絮凝剂因其独特的分子结构和化学功能, 对重度污染水中的微细颗粒具有较强的吸附、絮凝作用, 能把重度污染水中含有的各类无机物质和难降解有机物质的微细颗粒吸附凝聚成絮团, 去除絮团后即能实现净化水质的目的。该絮凝剂特别适用于造纸、印染、制革、电镀、食品、化工等重污染企业的工业废水治理。/ CN101519237, 2009-09-02
复合絮凝剂速溶技术研究 篇6
本文以HPAM成品为主原料, 研究与HPAM分子官能团具有相似结构的有机、无机助溶剂配方, 在溶解过程中, 低分子助溶剂渗入高分子HPAM结构中, 通过“同性排斥”原理, 提高HPAM高分子链的伸展速度, 来提高阴离子HPAM成品的溶解速度。
1 实验
1.1 原料及仪器
阴离子聚丙烯酰胺, 爱森 (中国) 絮凝剂有限公司;多元羧酸, 苏州锦联化工有限公司;一元羧酸盐, 嘉兴市昌利化工有限公司;弱酸钠盐, 山东海化股份有限公司;硫酸铜, 分析纯试剂。
JJ-4六联同步电动搅拌器, 金坛市白塔金昌试验仪器厂;JH3101电子精密天枰, 上海仪田精密仪器有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 制备方法
将阴离子型聚丙烯酰胺、多元羧酸、一元羧酸盐、弱酸钠盐按顺序加入到烧杯中, 常温下搅拌分散, 复合过程30min, 制成速溶型复合絮凝剂干粉。
1.2.2 溶解速度测定
向100m L水中加入3g无水Cu SO4, 搅拌均匀配置成3%的蓝色溶解液。HPAM0.06g为主料, 添加不同助剂混合均匀, 配总重量为0.1g, 添加100m L溶解液配置成1‰溶液。 (配方8#为空白样, 未添加助剂, 主料重量与其他样本相同为0.6g, 以做对比, 加入100m L溶解液配置成0.6‰的溶液。) 各配方均用3%硫酸铜溶解液配置为100m L, 观察复配物颗粒在蓝色溶解液中的溶解状态, 当复配物颗粒在有色溶剂中完全透明为未溶解状态, 当颗粒内部开始发生染色情况时为溶胀状态, 完全染色至分散于溶剂中为溶解状态[7]。
1.2.3 废水处理
取不同类型废水, 分别用普通HPAM絮凝剂和速溶型复合絮凝剂进行絮凝处理, 各种配方 (见表3) 均用去离子水配置成100m L0.1%浓度的溶液, 测量其700nm波长的透光率、絮凝体沉降高度、沉降时间数据, 比较絮凝效果。
2 结果与讨论
2.1 助溶剂类型对于HPAM溶解速度的影响
选取水解度10%-20%, 分子量800-1800万HPAM为主原料, 添加不同助剂类型, 比较溶解速度, 见表1。
由表1得出溶解速度为:配方1#>配方7#>配方5#>配方4#>配方3#>配方2#>配方8#>配方6#。结果表明:三种助剂同时添加具有协同作用, 对溶解的促进作用可以达到最大, 单独添加多元羧酸与单独添加一元羧酸盐效果基本相同, 原因为两种物质作用机理相似, 都是通过静电排斥作用加快溶解速度, 而一元羧酸盐由于分子较小, 能够更快的渗透入高分子絮凝剂分子链中, 效果相对明显;而弱酸钠盐作用为调节加入助溶剂 (多元羧酸、一元羧酸盐) 之后的p H值, 单独加入的话会使整个分散系统偏碱性, 会抑制分子链的溶胀伸展, 与其他两种助溶剂同时添加, 由于弱酸钠盐的水解会促进多元羧酸的电离, 所以会使三种物质的协同作用最大化。
2.2 助溶剂对于不同指标HPAM溶解速度的影响
选取不同指标HPAM作为主原料, 考察相同助溶剂对不同指标HPAM溶解速度的影响, 见表2。结果表明, 助溶剂对水解度越高的HPAM助溶效果越明显, 原因是水解度高的HPAM分子链上官能团较多, 分子间排斥力较大, 对低水解度的HPAM助溶效果略差, 但同时水解度越高的HPAM分子量越大, 分子链伸展溶胀速度较慢, 总体表现结果为对水解度20%-30%的HPAM助溶效果最佳。
2.3 助溶剂对于HPAM絮凝剂应用效果的影响
取不同类型洗煤、选矿废水, 分别用普通HPAM絮凝剂和速溶型复合絮凝剂进行絮凝处理, 结果见表3。
结果表明, 速溶型复合絮凝剂的絮凝效果与普通HPAM絮凝剂絮凝效果相比, 沉降速度快, 分离液透光率大, 澄清度高, 形成絮凝体高度低, 絮体紧实, 总体絮凝效果优于HPAM絮凝剂。
3 结论
一元羧酸盐、多元羧酸、弱酸钠盐三种助溶剂同时添加具有协同作用, 对HPAM助溶效果最佳。助溶剂对不同指标HPAM均具有助溶效果, 对20%-30%水解度HPAM助溶效果尤为明显。速溶型复合絮凝剂在处理洗煤、选矿行业废水上, 絮凝效果优于HPAM絮凝剂。
参考文献
[1]马希晨, 聂新卫, 刘宪军, 宋辉.反相悬浮共聚法制备速溶型阴离子淀粉接枝絮凝剂及其应用于印染废水处理[J].大连轻工业学院学报, 2004, 23 (3) :157-159.
[2]兰晓霞.速溶高分子量聚丙烯酰胺合成参数的确定[J].化学工程师, 2001 (1) :9-10.
[3]王光华, 李文兵.速溶聚丙烯酰胺的制备及应用[J].应用化工, 2004, 33 (4) :57-59.
[4]李文兵, 王光华.速溶型聚丙烯酰胺的表征[J].武汉化工学院学报, 2004, 26 (1) :19-21.
[5]陈菊, 张正彪.速溶型聚丙烯酰胺的反相微乳液聚合[J].苏州大学学报, 2002, 18 (1) :89-91.
[6]史凤来.提高聚丙烯酰胺溶解速率的技术措施[J].中国石油和化工标准与质量, 2011, 31 (11) :48.