不同金屬鹽與腐植酸的混凝及共聚絡(luò)合特性研究.pdf

1、腐植酸廣泛存在于土壤、水體之中，對環(huán)境中有機污染物的歸宿和重金屬離子的遷移影響極大，其有效去除是水化學(xué)領(lǐng)域的熱點問題之一。本論文在國家自然科學(xué)基金項目的資助下，對不同金屬鹽混凝劑與腐植酸的混凝效果進行了全面的分析比較，并且進一步探討了腐植酸與金屬鹽的化學(xué)作用機理。 分別以硫酸鋁、氯化鐵和聚合鋁為混凝劑，進行弱酸性和中性條件下的腐植酸混凝實驗。通過測定混凝前后的腐植酸濃度指標(biāo)(TOC、UV254)、分子量分布以及ζ電位，同時運用光

2、散射顆粒分析儀(PDA)對絮凝過程進行在線監(jiān)測，分析比較三種混凝劑與腐植酸的混凝效果。腐植酸濃度分析結(jié)果表明：在pH=5.0的弱酸性條件下，硫酸鋁、氯化鐵以及聚合鋁的最佳投藥量(以摩爾數(shù)計)相當(dāng)，三者對腐植酸的最高去除率比較結(jié)果為：氯化鐵＞硫酸鋁＞聚合鋁；在pH=7.0中性條件下，聚合鋁對腐植酸的去除效果明顯優(yōu)于硫酸鋁和氯化鐵，但是聚合鋁和氯化鐵的投量為硫酸鋁的1.5倍(摩爾比)時才能達到最佳去除效果。HPLC測定結(jié)果表明：在兩種pH條

3、件下，氯化鐵對MW＞1000范圍內(nèi)的腐植酸物質(zhì)的去除最徹底，僅僅當(dāng)pH=7.0時在MW＜1000范圍內(nèi)的去除效果略遜于硫酸鋁，聚合鋁在所有分子量范圍的去除效果最差，尤其體現(xiàn)在3000-6000的分子量范圍內(nèi)。結(jié)合FI曲線的特征參數(shù)、ζ電位和TOC去除率可以得出：弱酸性條件下，硫酸鋁的絮凝過程具有明顯的四個分區(qū)，氯化鐵出現(xiàn)類似趨勢，聚合鋁在較小的投藥量范圍內(nèi)出現(xiàn)FI曲線的變化；中性條件下，三種混凝劑絮凝過程的變化規(guī)律較為一致，氯化鐵絮凝體

4、的沉速快而且沉降性最好，聚合鋁與腐植酸形成的絮凝體尺寸最大。 運用熒光檢測技術(shù)(FR)、氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)、核磁共振技術(shù)(NMR)等手段分析了三種金屬鹽混凝劑與腐植酸的共聚絡(luò)合特性。FR分析結(jié)果聯(lián)系三種混凝劑的水解特性可以推斷：弱酸性條件有利于鋁鹽和鐵鹽與腐植酸發(fā)生共聚絡(luò)合反應(yīng)；在中性條件下，鋁、鐵離子仍然與腐植酸發(fā)生共聚絡(luò)合反應(yīng)，但混凝劑自身水解反應(yīng)的競爭性隨pH值升高而增強，因此水解反應(yīng)產(chǎn)生的氫氧化物不定形體對

5、腐植酸大分子及金屬鹽—腐植酸絡(luò)合物的吸附和網(wǎng)掃作用成為腐植酸去除的主要因素。GC-MS分析結(jié)果表明：pH=5.0時鋁鹽混凝和鐵鹽混凝都能有效去除羧基、羥基及部分胺基類有機物，而在pH=7.0時尚有較多羥基、胺基類物質(zhì)殘存水中。1HNMR圖譜解析結(jié)合上述實驗結(jié)果可知：在弱酸性條件下，鋁鹽與腐植酸的共聚絡(luò)合反應(yīng)占主導(dǎo)位置，鋁離子與腐植酸大分子主要形成十分穩(wěn)定的多面體結(jié)構(gòu)；而中性條件下，鋁鹽優(yōu)先水解形成的氫氧化鋁不定形體與腐植酸大分子物質(zhì)或鋁