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。通過單因素實驗和正交優(yōu)化實驗探討了絮凝劑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行了表征；對CATCS進行了熱重(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際廢水的絮凝、對染料絮凝脫色和對六價鉻的絮凝吸附行為。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。處理實際生活廢水，COD去除率在70％～80％時，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，在整個實驗階段內(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。在本實驗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，脫色率超過93％；活性炭用量需超過2g/L，脫色

7、率才能達到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。對比實驗說明，處理實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

8、間等對去除效果的影響。熱力學(xué)實驗研究表明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驗