殼聚糖接枝共聚絮凝劑的制備及其絮凝性能.pdf

1、水作為自然界中分布最廣、數(shù)量最大的重要組成部分之一，是一切生物機體組成與生命活動必不可少的物質基礎，對整個生態(tài)系統(tǒng)起著連接紐帶作用。因此，水之于生物及人類的生存有著決定性的意義。然而，經濟的快速發(fā)展帶來了各種水污染問題，水資源面臨儲量不足與污染持續(xù)加重的雙重困境，這一問題受到了各國不同領域的關注。在水處理的常規(guī)工藝當中，絮凝作為處理的前期工藝，不僅需要具有較好的污染物質去除能力，同時其處理效果、處理過程中出現(xiàn)的二次危害都會對后續(xù)工藝產生

2、影響。因此，絮凝對水體的最終處理效果有著決定性的影響。研發(fā)高效、經濟、綠色的絮凝劑是絮凝效果改善的核心問題，通過研發(fā)新型絮凝劑，對其處理效果和絮凝機理進行深入研究對實際污染水體的治理有著指導性意義。由于傳統(tǒng)絮凝劑存在投加量大、產品殘留單體含量高、原材料來源受限等各種不足，目前更多的研究將目光投向自然界普遍存在的天然絮凝劑。其中殼聚糖由于其表面帶正電荷、具有一定的抗菌性、生物降解性好、毒性低等優(yōu)勢受到很多研究者的青睞。
　　論文針對

3、殼聚糖自身溶解性差、正電荷密度小等不足，選用具有大分子量的丙烯酰胺(AM）和帶有正電荷季銨基團的甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨（MAPTAC）為接枝單體，紫外光引發(fā)下對殼聚糖（CTS）進行接枝改性，最終合成具有高效、低耗、兼具絮凝殺菌性能的新型絮凝劑；另外對合成條件進行了優(yōu)化，并對其結構進行表征；最后將其應用于高嶺土和大腸桿菌懸浮液中驗證絮凝性能好壞，進一步確認絮凝、殺菌機理。
　　論文的主要研究工作和結論如下：
　　①接枝共

4、聚物CTS-g-PAMA的制備過程：殼聚糖使用之前進行羧甲基預處理化以提高其溶解性；然后向反應體系加入適量的殼聚糖和乙酸溶液進行溶解，再依次加入定量單體AM和MAPTAC；待其完全溶解后向體系充氮氣30min，加入引發(fā)劑偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽（VA-044），置于紫外燈裝置下照射一定時間。取出產物用無水乙醇和丙酮進行提純，烘干至恒重得到新型絮凝劑CTS-g-PAMA。
　?、贑TS-g-PAMA的制備過程中，通過改變引發(fā)劑濃度、總

5、單體濃度、總單與殼聚糖質量比、單體摩爾比和光照時間進行逐一單因素分析，對比不同條件下產物的特性粘度和接枝率大小，選取較佳的合成范圍；再以響應曲面法對單因素實驗確定的范圍進行優(yōu)化，確定最佳的制備條件。
　?、蹖Ρ菴TS和CTS-g-PAMA的溶解性以及Zeta電位，結果表明，制備所得CTS-g-PAMA具有更好的溶解性和正電性，等電點為pH=8，增強了絮凝過程中分散溶解能力和電中和作用。
　?、懿捎霉庾V學儀器：核磁共振氫譜（1

6、HNMR）、紅外（FTIR）、紫外（UV）和X射線衍射（XRD）對CTS-g-PAMA和CTS、單體（AM、MAPTAC）進行了結構對比分析。結果表明CTS-g-PAMA和CTS的結構相似，但接枝后光譜圖中出現(xiàn)了季銨基團的振動峰或吸收峰，同時結晶度降低、晶體結構坍塌。另外采用掃描電鏡（SEM）和差熱-熱重分析（DSC-TG）對CTS-g-PAMA和CTS進行了表觀形貌觀測和熱穩(wěn)定性對比。結果顯示CTS-g-PAMA的表面呈蓬松狀，分布著

7、許多孔洞和褶皺，這有利于增強絮凝后期的網捕卷掃能力；CTS-g-PAMA的熱穩(wěn)定性比CTS好，同時失重過程的不同也表明二者結構存在一定的差異。
　　⑤將CTS-g-PAMA應用到高嶺土懸浮液的廢水處理中，以上清液剩余濁度百分比（RT%）作為目標值，考察pH值、絮凝劑投加量和產物接枝率對絮凝處理效果的影響；同時與PAMA、PAM、PAC進行了對比實驗，結合Zeta電位對絮凝機理進行了分析。結果表明：CTS-g-PAMA在很低的投加量

8、下就表現(xiàn)出優(yōu)異的絮凝效果，與常用絮凝劑相比優(yōu)勢明顯。絮凝過程中，結合了AM高分子量和CTS長線性鏈狀結構的架橋作用，季銨基團的電中和作用、以及大比表面積下的網捕卷掃能力，對污染物具有很好處理效果。
　?、迣TS-g-PAMA應用到大腸桿菌懸浮液的廢水處理中，以上清液剩余濁度百分比（RT%）和紫外600nm處的光密度（OD600）作為目標值，考察pH值、絮凝劑投加量和產物接枝率對絮凝處理效果的影響；同時與PAMA、PAM、1277

9、進行對比實驗，并依據(jù)Zeta電位和β-半乳糖苷酶活性測定、三維熒光光譜分析結果對CTS-g-PAMA的絮凝殺菌機理進行研究。結果表明：CTS-g-PAMA與其他絮凝劑相比，絮凝殺菌作用更加顯著。同對高嶺土的去除機理一樣，很好的結合了電中和、架橋和卷掃作用。另外，CTS-g-PAMA會改變大腸桿菌細胞膜的通透性，阻礙細胞正常代謝，從而起到殺死細菌的作用，也避免了絮凝劑投加過量下的―再穩(wěn)‖現(xiàn)象發(fā)生?？偠灾珻TS-g-PAMA在絮凝和滅菌