陽離子淀粉-殼聚糖交聯(lián)共混絮凝劑(CATCS)的制備與應(yīng)用研究.pdf

1、本課題選用來源豐富的天然高分子淀粉和殼聚糖為主要原材料，制備了一種新的交聯(lián)共混絮凝劑CATCS。通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)探討了絮凝劑CATCS的制備條件；用紅外、電泳和掃描電鏡對其結(jié)構(gòu)、所帶電荷性能和表面形貌進(jìn)行了表征；對CATCS進(jìn)行了熱重(TG)和差示掃描熱分析(DSC)；研究了該絮凝劑對高嶺土模擬廢水和實(shí)際廢水的絮凝、對染料絮凝脫色和對六價(jià)鉻的絮凝吸附行為。研究結(jié)果摘要如下：
　　 (1)絮凝劑CATCS的制備條件為：

2、陽離子淀粉與殼聚糖的投料比為5:1g/g，交聯(lián)劑相對陽離子淀粉的用量比為0.75mL/g，反應(yīng)溫度為70℃，反應(yīng)時(shí)間為1.5h。CATCS帶正電荷；CATCS表面粗糙，凹凸不平兼有很多褶皺；CATCS的熱解溫度低且范圍寬，其玻璃轉(zhuǎn)化溫度、結(jié)晶溫度和熔融溫度均比原料低。
　　 (2)對高嶺土模擬廢水和實(shí)際廢水的絮凝：探討了溫度、pH、投藥量等因素對CATCS絮凝效果的影響，并將CATCS的絮凝效果與其他絮凝劑的效果進(jìn)行比較。處理5

3、g/L高嶺土模擬廢水，CATCS的絮凝效果優(yōu)于陽離子淀粉和殼聚糖；殼聚糖容易表現(xiàn)出返絮凝現(xiàn)象，而CATCS不會。處理實(shí)際生活廢水，COD去除率在70％～80％時(shí)，CATCS用量不到硫酸鐵的十分之一；CATCS的對COD去除與聚丙烯酰胺相近；用CATCS處理廢水后生成的絮體含水量為85.65％,PAM的絮體含水量為87.26％，硫酸鐵處理后絮體含水量為90.95％；氯化鋁、硫酸鐵、聚合硫酸鐵、聚丙烯酰胺和CATCS對沉降池底的活性污泥脫水

4、速率分別為3.48mL/min、2.95mL/min、6.54mL/min、9.24mL/min和8.43mL/min,CATCS對污泥脫水速率高于前三者；與聚丙烯酰胺相比，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)階段內(nèi)其脫水速率不如聚丙烯酰胺，但開始18min內(nèi)CATCS對污泥脫水的速率大于聚丙烯酰胺。
　　 (3)CATCS對染料的絮凝脫色：探討了CATCS的用量、pH、溫度、染料初始濃度、鹽度和反應(yīng)時(shí)間對脫色效果的影響。絮凝脫色熱力學(xué)研究表明：CATC

5、S對活性嫩黃、活性紫、酸性大紅和直接深藍(lán)染料的絮凝等溫線可以通過多種等溫模型來共同闡述。溫度對CATCS脫色熱力學(xué)行為有重要影響。CATCS對各染料脫色的焓變ΔH均大于40kJ/mol，說明脫色過程有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。在本實(shí)驗(yàn)所研究的溫度范圍內(nèi)，隨著溫度升高，ΔG變得更負(fù)；脫色過程是個(gè)熵增加的過程，升高溫度有利于CATCS對染料的絮凝脫色。
　　 脫色動力學(xué)研究表明：CATCS對各染料的絮凝脫色行為均可用偽二級動力學(xué)方程描述。對不同

6、的染料，絮凝脫色速率常數(shù)隨溫度變化的規(guī)律不一同；對同種染料，溫度對脫色動力學(xué)的影響很大，脫色反應(yīng)機(jī)理會隨溫度而變化。CATCS對活性嫩黃、活性紫、酸性大紅和直接深藍(lán)絮凝脫色的活化能分別為27.74kJ/mol、51.71kJ/mol、-1.93kJ/mol和-14.31kJ/mol。
　　 對實(shí)際染料廢水和染料模擬廢水的脫色：當(dāng)CATCS的投藥量為0.15g/L～0.42g/L時(shí)，脫色率超過93％；活性炭用量需超過2g/L，脫色

7、率才能達(dá)到90％以上；用0.89g/L的CATCS處理過的染料模擬廢水，在400-800nm波長范圍內(nèi)的吸光度在小于0.08，對染料的去除達(dá)98％以上；用量為14.83g/L的活性炭處理染料模擬廢水，400-800nm波長范圍內(nèi)的吸光度為0.1～0.19。對比實(shí)驗(yàn)說明，處理實(shí)際染料廢水和染料模擬廢水，CATCS的絮凝脫色效率比活性炭高。
　　 (4)CATCS對Cr(Ⅵ)的絮凝吸附行為。探討pH、溫度、Cr(Ⅵ)初始濃度和反應(yīng)時(shí)

8、間等對去除效果的影響。熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究表明CATCS對Cr(Ⅵ)絮凝過程適合用Freundlich等溫式來描述，該反應(yīng)的焓變ΔH為16.75kJ/mol，反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；該反應(yīng)的熵變ΔS大于零；各溫度下的ΔG均為負(fù)值，隨著溫度升高，ΔG變得更負(fù)，CATCS對Cr(Ⅵ)的絮凝吸附反應(yīng)更容易發(fā)生。
　　 絮凝劑CATCS對Cr(Ⅵ)的絮凝吸附符合偽二級動力學(xué)機(jī)理。其速率常數(shù)k2隨溫度的增加呈先增加后減小的趨勢，其擬合的平衡吸附量與實(shí)驗(yàn)