聚環(huán)氧氯丙烷胺及其聚合氯化鋁復(fù)合混凝劑的脫色性能研究.pdf

1、在采用化學(xué)混凝法處理染料及印染廢水的過程中，混凝劑是決定化學(xué)混凝效果的關(guān)鍵。目前，陽離子型有機(jī)高分子絮凝劑受到國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。因為在處理染料及印染廢水時，陽離子型有機(jī)高分子絮凝劑具有以下優(yōu)點(diǎn)：脫色效果好、適用范圍廣、用量少、產(chǎn)生的污泥量少等。其中，陽離子型季銨鹽聚合物是一類具有很大發(fā)展前景的水處理藥劑，對其混凝性能開展全面系統(tǒng)的研究是很有必要的。在綜合國內(nèi)外大量相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本文以環(huán)氧氯丙烷和二甲胺為原料合成聚環(huán)氧氯丙烷胺(

2、EPI-DMA)系列絮凝劑。通過混凝燒杯實(shí)驗研究EPI-DMA處理各種染料的混凝效果，明確不同特征的EPI-DMA對不同處理對象的混凝性能及混凝機(jī)理。通過在線監(jiān)測混凝劑的混凝動態(tài)過程，研究EPI-DMA的絮體形成過程、絮體抗剪切能力及恢復(fù)能力。為了得到更高效的混凝脫色效果，本文以聚合氯化鋁(PAC)和EPI-DMA為原料制備了聚合鋁基無機(jī)-有機(jī)復(fù)合混凝劑(PAC-EPI-DMA)。通過研究有機(jī)組分的粘度(η)、有機(jī)組分的含量(P)及無機(jī)

3、組分的堿化度(B)對PAC-EPI-DMA的混凝脫色過程及混凝動力學(xué)過程的影響，明確η、P和B對PAC-EPI-DMA的混凝效果、混凝機(jī)理、絮體強(qiáng)度、恢復(fù)能力等的影響，揭示復(fù)合絮凝劑在無機(jī)-有機(jī)組分相互作用的條件下高效的混凝效果，為復(fù)合混凝劑的開發(fā)應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。
　　 主要研究結(jié)論如下：
　　 1.利用紅外光譜分析技術(shù)研究了環(huán)氧氯丙烷單體及聚環(huán)氧氯丙烷胺的分子結(jié)構(gòu)，證實(shí)季銨鹽的形成。通過對絮凝劑、染料及絮體的紅外光譜

4、對比分析發(fā)現(xiàn)，EPI-DMA中的季銨基R4N+與染料中的磺酸基-SO3-發(fā)生靜電相互作用。通過透射電鏡觀察研究PAC-EPI-DMA與EPI-DMA的結(jié)構(gòu)形貌，發(fā)現(xiàn)復(fù)合絮凝劑形成更為密集的枝網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，證實(shí)了PAC與EPI-DMA之間的相互作用。采用Zetasizer3000HSA型zeta電位儀測定EPI-DMA與PAC-EPI-DMA的zeta電位，研究混凝劑表面的荷電情況。結(jié)果表明η值中等的EPI-DMA的表面電荷最高，而且與PAC

5、復(fù)合后，其zeta電位明顯升高，復(fù)合混凝劑的表面電荷隨著P值的增大而增大。
　　 2.利用EPI-DMA與PAC-EPI-DMA處理各種模擬染料水樣，研究pH值以及無機(jī)鹽對其混凝脫色效果的影響。實(shí)驗結(jié)果表明，EPI-DMA對水體pH值有很強(qiáng)的適應(yīng)性，在很大pH值范圍內(nèi)都具有良好的混凝效果；但受水體中無機(jī)鹽濃度的影響較大。PAC-EPI-DMA對水體pH值亦有很強(qiáng)的適應(yīng)性，尤其在堿性條件下具有更好的脫色效果，不過PAC的加入?yún)s導(dǎo)致

6、PAC-EPI-DMA的脫色效果受到水體離子強(qiáng)度的更大影響。
　　 3.通過混凝燒杯實(shí)驗考察不同η值和陽離子度(τ)值的EPI-DMA對各種模擬染料水樣的混凝效果，并利用JS94F型微電泳儀分析絮體的zeta電位變化情況，研究EPI-DMA處理不同水樣的混凝機(jī)理。對于水溶性染料，EPI-DMA首先通過靜電作用、疏水作用以及氫鍵等與水溶性染料分子發(fā)生相互作用，然后依靠吸附架橋或電中和作用對染料進(jìn)行絮凝脫色；EPI-DMA的吸附架橋

7、及電中和能力與其η和τ密切相關(guān)。對活性染料水樣的處理結(jié)果表明，較高η值和τ值的EPI-DMA可獲得高效的脫色效果，主要混凝機(jī)理是吸附架橋作用和電中和作用，而且在混凝前期吸附架橋作用占主導(dǎo)地位。對直接染料水樣的處理結(jié)果表明，較高η值和τ值的EPI-DMA可在低投藥量下獲得高效的脫色效果，主要混凝機(jī)理是吸附架橋作用。對酸性染料水樣的處理結(jié)果表明，低η值和τ值的EPI-DMA即可在低投藥量下獲得高效的脫色效果，主要混凝機(jī)理是吸附架橋作用。對分

8、散染料水樣的處理結(jié)果表明，較高η值和τ值的EPI-DMA可在低投藥量下獲得良好的脫色效果，吸附架橋作用是其主要的混凝機(jī)理。
　　 4.通過混凝燒杯實(shí)驗考察η值、P值和B值對PAC-EPI-DMA處理活性染料水樣混凝性能的影響。結(jié)果表明，復(fù)合絮凝劑的脫色效果明顯優(yōu)于EPI-DMA的脫色效果，而且有機(jī)組分的η值和P值是影響PAC-EPI-DMA混凝性能的主要因素。PAC-EPI-DMA(η-2400 mPa·s)的混凝脫色效果明顯優(yōu)

9、于粘度過低或過高的PAC-EPI-DMA。對于水溶性染料，PAC-EPI-DMA首先通過靜電作用、氫鍵等與水溶性染料分子發(fā)生相互作用，然后依靠吸附架橋和電中和作用對染料進(jìn)行絮凝脫色，而吸附架橋作用隨著P值的增大發(fā)揮越來越重要的作用。
　　 5.利用PDA2000光散射顆粒分析儀在線監(jiān)測EPI-DMA及PAC-EPI-DMA的混凝動力學(xué)過程，研究混凝過程中絮體的聚集特性。對活性、分散、酸性等模擬染料水樣的處理結(jié)果表明，η值較高的E

10、PI-DMA生成絮體的粒度較大，且絮體的生長速度及沉降速度較快，絮體間的差異性較小。對直接染料水樣的處理結(jié)果表明，低η值的EPI-DMA的絮體粒度較大，絮體生長速度較快，絮體間的差異性較小。PAC-EPI-DMA的使用可以提高絮體的生長速度及沉降速度，縮短混凝劑與污染物反應(yīng)時間，并提高絮體的粒度。而且η值、P值及B值對PAC-EPI-DMA的絮體聚集特性均有一定的影響，其中P值對絮體生長速度和絮體粒度的影響較為明顯，而η值和B值的影響較

11、小。當(dāng)采用η=3200 mPa·s、P=10％、B=1.5的PAC-EPI-DMA處理水樣時，能夠以較快的生長速度得到較大的絮體，而且絮體以較快的速度沉降。
　　 6.利用PDA2000光散射顆粒分析儀考察EPI-DMA和AC-EPI-DMA的絮體抗剪切及恢復(fù)能力。對于活性和直接染料水樣的處理結(jié)果表明，較高η值的EPI-DMA能夠提高絮體的強(qiáng)度及恢復(fù)能力。對分散染料水樣的處理結(jié)果表明，EPI-DMA(η=3200 mPa·s)能

12、夠生成具有較高強(qiáng)度及恢復(fù)能力的絮體。對于酸性染料水樣的處理結(jié)果表明，利用高η值的EPI-DMA雖然使絮體強(qiáng)度略有升高但卻降低了其恢復(fù)能力。提高η值和B值，可以在一定程度上提高PAC-EPI-DMA的絮體強(qiáng)度及恢復(fù)能力。
　　 上述研究從多方面系統(tǒng)的探討了EPI-DMA及PAC-EPI-DMA對各種染料的混凝效果、混凝行為和混凝機(jī)理。結(jié)果表明，二者均是適用于染料廢水處理的新型高效混凝劑，且復(fù)合混凝劑是一種更為高效節(jié)約的混凝劑。本論