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阳离子淀粉/壳聚糖交联共混絮凝剂(CATCS)的制备与应用研究

游力军

   本课题选用来源丰富的天然高分子淀粉和壳聚糖为主要原材料,制备了一种新的交联共混絮凝剂CATCS。通过单因素实验和正交优化实验探讨了絮凝剂CATCS的制备条件;用红外、电泳和扫描电镜对其结构、所带电荷性能和表面形貌进行了表征;对CATCS进行了热重(TG)和差示扫描热分析(DSC);研究了该絮凝剂对高岭土模拟废水和实际废水的絮凝、对染料絮凝脱色和对六价铬的絮凝吸附行为。研究结果摘要如下: (1)絮凝剂CATCS的制备条件为:阳离子淀粉与壳聚糖的投料比为5:1g/g,交联剂相对阳离子淀粉的用量比为0.75mL/g,反应温度为70℃,反应时间为1.5 h。CATCS带正电荷;CATCS表面粗糙,凹凸不平兼有很多褶皱;CATCS的热解温度低且范围宽,其玻璃转化温度、结晶温度和熔融温度均比原料低。 (2)对高岭土模拟废水和实际废水的絮凝:探讨了温度、pH、投药量等因素对CATCS絮凝效果的影响,并将CATCS的絮凝效果与其他絮凝剂的效果进行比较。处理5g/L高岭土模拟废水,CATCS的絮凝效果优于阳离子淀粉和壳聚糖;壳聚糖容易表现出返絮凝现象,而CATCS不会。处理实际生活废水,COD去除率在70%-80%时,CATCS用量不到硫酸铁的十分之一;CATCS的对COD去除与聚丙烯酰胺相近;用CATCS处理废水后生成的絮体含水量为85.65%,PAM的絮体含水量为87.26%,硫酸铁处理后絮体含水量为90.95%;氯化铝、硫酸铁、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺和CATCS对沉降池底的活性污泥脱水速率分别为3.48mL/min、2.95 mL/min、6.54mL/min、9.24mL/min和8.43 mL/min, CATCS对污泥脱水速率高于前三者;与聚丙烯酰胺相比,在整个实验阶段内其脱水速率不如聚丙烯酰胺,但开始18min内CATCS对污泥脱水的速率大于聚丙烯酰胺。 (3) CATCS对染料的絮凝脱色:探讨了CATCS的用量、pH、温度、染料初始浓度、盐度和反应时间对脱色效果的影响。絮凝脱色热力学研究表明:CATCS对活性嫩黄、活性紫、酸性大红和直接深蓝染料的絮凝等温线可以通过多种等温模型来共同阐述。温度对CATCS脱色热力学行为有重要影响。CATCS对各染料脱色的焓变AH均大于40 kJ/mol,说明脱色过程有化学反应发生。在本实验所研究的温度范围内,随着温度升高,AG变得更负;脱色过程是个熵增加的过程,升高温度有利于CATCS对染料的絮凝脱色。 脱色动力学研究表明:CATCS对各染料的絮凝脱色行为均可用伪二级动力学方程描述。对不同的染料,絮凝脱色速率常数随温度变化的规律不一同;对同种染料,温度对脱色动力学的影响很大,脱色反应机理会随温度而变化。CATCS对活性嫩黄、活性紫、酸性大红和直接深蓝絮凝脱色的活化能分别为27.74 kJ/mol、51.71kJ/mol、-1.93kJ/mol和-14.31kJ/mol。 对实际染料废水和染料模拟废水的脱色:当CATCS的投药量为0.15g/L~0.42g/L时,脱色率超过93%;活性炭用量需超过2g/L,脱色率才能达到90%以上;用0.89g/L的CATCS处理过的染料模拟废水,在400-800nm波长范围内的吸光度在小于0.08,对染料的去除达98%以上;用量为14.83g/L的活性炭处理染料模拟废水,400-800 nnl波长范围内的吸光度为0.1-0.19。对比实验说明,处理实际染料废水和染料模拟废水,CATCS的絮凝脱色效率比活性炭高。 (4) CATCS对Cr(Ⅵ)的絮凝吸附行为。探讨pH、温度、Cr(Ⅵ)初始浓度和反应时间等对去除效果的影响。热力学实验研究表明CATCS对Cr(Ⅵ)絮凝过程适合用Freundlich等温式来描述,该反应的焓变△H为16.75 kJ/mol,反应为吸热反应;该反应的熵变△S大于零;各温度下的△G均为负值,随着温度升高,△G变得更负,CATCS对Cr(Ⅵ)的絮凝吸附反应更容易发生。 絮凝剂CATCS对Cr(Ⅵ)的絮凝吸附符合伪二级动力学机理。其速率常数k2随温度的增加呈先增加后减小的趋势,其拟合的平衡吸附量与实验值相近;各温度下,该反应的动力学曲线与伪二级动力学的相关系数R2值均为0.999,比伪一级学动力学拟方程拟合的相关性高的多,故伪二级动力学模型能够更好的阐述CATCS对Cr(Ⅵ)的去除过程。该反应的活化能为29.16 kJ/mol。……   
[关键词]:絮凝;淀粉;壳聚糖;脱色;吸附
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:华中农业大学2010年