购彩平台下载官网

您好,欢迎访问购彩平台下载官网的网站,真诚为您服务!

购彩平台下载官网

破乳剂 购彩平台下载官网 脱色剂 COD去除剂 重金属捕集剂 膜防污堵剂 混凝剂 絮凝剂

咨询服务电话:

13793114545

新闻资讯
一种阳离子改性淀粉絮凝剂絮凝性能研究(一)
来源:购彩平台下载官网 发布时间:2021-09-15 10:57:54 浏览次数:
       摘 要:通过开环聚合,合成具有良好水溶性的阳离子改性淀粉絮凝剂,并对其进行表征。配制一定质量分数的膨润土水溶液,探讨对去除率和絮体体积的影响因素。结果表明:絮凝剂电荷量和相对分子质量是主要影响因素。电荷量在 0~0.5 mmol 时,随着电荷量的增大,去除率增大,絮体体积增大;电荷量在 0.5~0.8 mmol时,去除率接近 100%,絮体体积基本保持不变;电荷量大于 0.8 mmol 时,絮体体积不断增大,最大至 196 mL。电荷量在 0~0.5 mmol 时,相对分子质量越大,絮凝效果越好;电荷量大于 0.8 mmol 时,相对分子质量越大反而对絮凝越不利。
       关 键 词:淀粉;电荷量;去除率
       絮凝技术是一种常用的污水处理手段,它可以将分散的颗粒聚集起来,从而提高固液分离的速度,除了絮凝效果以外,往往还有消毒、杀菌、脱色等作用。絮凝技术的工艺简单,成本低,在含油废水、印染废水、造纸废水、冶金废水、食品废水等许多领域均具有良好的处理效果。絮凝剂主要包括无机、有机、生物和复配 4 种絮凝剂。无机絮凝剂成本更低,但存在添加量大、效率低等问题;以聚丙烯酰胺(PAM)为代表的有机絮凝剂絮凝效率高,但毒性大、不易降解;生物絮凝剂具有絮凝效果好、易生物降解等优点,然而产量低成本高,难以满足工业化的要求;复配絮凝剂是将以上 3 种中的 2 种或 3 种复配使用。
      淀粉作为一种天然可再生的高分子物质,它的来源十分广泛,在多种植物中均可以获取,目前我国每年含淀粉植物的产量达到 5 000 亿 t ,其中淀粉总产量的 80%来自玉米淀粉,玉米淀粉作为絮凝剂的应用也最为广泛。1941 年,RAYBOULD发现了碱化淀粉的絮凝性能,将改性后的淀粉作为絮凝剂逐渐引起了人们的重视。淀粉具有羟基基团,其具有反应活性,化学试剂通过与羟基反应即得到改性淀粉,改性淀粉可以用于污水处理。改性淀粉的种类很多,其中阳离子改性淀粉是一类应用最为广泛的絮凝剂。阳离子改性淀粉絮凝剂是通过电荷中和作用以及其骨架结构的架桥作用将污水颗粒絮凝沉降。阳离子度是评价阳离子淀粉的一种重要手段,阳离子度测的是阳离子改性淀粉阳离子电荷的密度。笔者通过对实验配方的调控,通过开环聚合反应制备出不同阳离子度的阳离子改性淀粉絮凝剂,主要考察阳离子度和添加量对絮凝效果的影响,探寻其规律,将为阳离子改性淀粉的制备和使用提供一定的参考。
       1 实验部分
       1.1 药品与仪器
       聚乙烯基硫酸钾(PVSK),分析纯,日本和光纯药工业株式会社;甲苯胺蓝,分析纯,国药集团化学试剂有限公司;无水碳酸钠,分析纯,天津市致远化学试剂有限公司;交联剂、催化剂、醚化剂、无水乙醇,分析纯,天津市大茂化学试剂厂;盐酸容量分析标准溶液,0.501 6 mol·L-1,坛墨质检科技股份有限公司;去离子水,自制;玉米淀粉,黄龙食品工业有限公司;膨润土,潍坊市坊子区兴隆膨润土厂。
       T5 电位滴定仪,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;755B 紫外可见光光度计,上海菁华科技仪器有限公司;多速强力搅拌机,青岛海通达专用仪器有限公司;电动搅拌器,山东菏泽华兴仪器仪表有限公司;NICOLET6700 型傅里叶变换红外光谱仪,美国赛默飞世尔科技公司;AVANCE III 500 型核磁共振波谱仪,瑞士布鲁克公司;U-LH100-3 系统显微镜,日本奥林巴斯公司;JSM-7500F 型扫描电子显微镜电镜,日本 JEOL 公司。
       1.2 阳离子改性淀粉絮凝剂的制备
       以玉米淀粉、醚化剂、交联剂为原料,首先将淀粉糊化,随后在一定反应温度下将一定质量的醚化剂和交联剂依次加入,在液相反应条件下采用开环聚合方法得到阳离子改性淀粉絮凝剂。通过对配方的调控,合成了具有良好水溶性的阳离子改性淀粉絮凝剂,该淀粉絮凝剂的典型分子结构式如图 1所示。
      通过对配方的调控,合成的一系列不同阳离子度的阳离子改性淀粉絮凝剂,阳离子度分别为1.148 、 1.800 、 2.400 、 2.647 、 3.044 、 3.328 、3.800 mmol·g-1,阳离子度由胶体滴定法测得。
       1.3 分析方法
       1.3.1 红外光谱表征
      将阳离子改性淀粉絮凝剂提纯,干燥,研磨后采用 NICOLET6700 型傅里叶变换红外光谱仪通过溴化钾压片法测定红外吸收光谱,重复 32 次,分辨率 4 cm-1。
      1.3.2 氢核磁表征
      将阳离子改性淀粉絮凝剂提纯,干燥,研磨后采用 AVANCE III 500 型核磁共振波谱仪测定核磁图谱,样品用重水进行溶解。
      1.3.3 阳离子度的表征
阳离子度即阳离子单元在聚合物链中所占的摩尔分数。采用胶体滴定法[17]在酸性情况下,以甲苯胺兰(TBO)为指示剂,用聚乙烯基硫酸钾(PVSK)标准溶液滴定试样溶液,测定阳离子改性淀粉的阳离子度。
      1.3.4 显微镜表征
      将膨润土悬浮水溶液或絮凝后的絮体样品放到载物台的载玻片上,用 U-LH100-3 系统显微镜进行观察。
      1.3.5 扫描电子显微镜表征
      将膨润土悬浮水溶液或絮凝后的絮体在 80 ℃条件下干燥 12 h,随后研磨,取少量样品在JSM-7500F 型扫描电子显微镜上进行观察,扫描电子显微镜采用冷场发射,可移动物镜光阑,加速电压 0.5~30 kV。
      1.4 去除率
      在室温下,配置成质量分数为 3‰的膨润土悬浮水溶液,加入无水碳酸钠,加入量为膨润土质量的 5‰,静置 24 h 后,取 400 mL 膨润土悬浮水溶液倒入烧杯中,加入一定量的絮凝剂,在 200 r·min-1条件下搅拌 3 min,随后在 50 r·min-1 条件下搅拌2 min,静置 5 min,取烧杯上层清液(B)用紫外可见光光度计测定其吸光度,并测量 3‰的膨润土水溶液上层原液(A)的吸光度,计算絮凝剂的去除率(C),紫外可见光光度计的波长为 680 nm,去除率为 C=(A-B)/A×100%。
      1.5 絮体体积
      在室温下,配置成质量分数为 6‰的膨润土悬浮水溶液,加入无水碳酸钠,加入量为膨润土质量的 5‰,静置 24 h 后,取 200 mL 膨润土悬浮水溶液倒入具塞量筒中,加入一定量的絮凝剂,上下倒置 20 次,随后静置 20 min,观察絮体在具塞量筒中的体积。
      1.6 黏度
      将阳离子改性淀粉配成质量分数为 10%的水溶液,利用高速搅拌机搅拌 20 min,随后用六速黏度计测量其黏度。
      2 结果和讨论
      2.1 材料表征
      阳离子改性淀粉经过改性以后依然保留了淀粉的主要结构。如图 2 所示,3 443 cm-1 主要是O—H 强振动吸收峰,2 928 cm-1 为 CH2的反对称伸缩振动峰, 1 200~700 cm-1 分别为 C—O 以及 C—C 键的伸缩振动、C—H 键的弯曲振动、C—O 键的伸缩振动、C—OH 弯曲振动,1 648 cm-1 为淀粉中吸附水中无定型区域的吸收峰,1 462 cm-1 为C—N 的伸缩振动吸收峰。淀粉经过改性以后部分官能团的吸收强度减弱,说明其结构还是遭到一定程度的破坏。C—N 的伸缩振动吸收峰的存在说明含氮元素的阳离子基团被引入到了淀粉骨架当中。
      如图 3 所示,3.498×10-6为—N+—CH2—中氢的化学位移,3.295×10-6为—N+—CH3 中氢的化学位移,2.130×10-6为—CH2—CHOH—CH2—中氢的化学位移,1.100×10-6为—CH2—中氢的化学位移,1.070×10-6为—CH—的化学位移。氢核磁共振光谱的结果进一步证实了含氮元素的阳离子基团引入到了淀粉骨架当中。
      对质量分数为 10%的絮凝剂的黏度进行了测试,结果如表 1 所示。随着阳离子度的增大,黏度增大,阳离子度为 1.148 mmol·g-1 时,黏度最小,为 1.8 mPa·s,阳离子度为 3.800 mmol·g-1时黏度最大,为 2.5 mPa·s。
      2.2 去除率的考察
      在去除率试验中加入不同阳离子度的阳离子改性淀粉絮凝剂,实验结果如图 4 所示。对于任一絮凝剂,阳离子度一定时,随着添加量的增加,去除率均不断增加,去除率最大时可接近 100%,表现出良好的絮凝效果,阳离子度越大,曲线斜率越高,去除率上升幅度越大;添加量相同时,阳离子度越大去除率越高,添加量为 50 mg 时,阳离子度分别为 1.148、1.800、2.400、2.647、3.044、3.328、3.800 mmol·g-1,絮凝剂去除率依次分别为 11%、15.8%、23.4%、57.8%、62.5%、74.1%、86.2%。可见阳离子度、添加量均与去除率正相关,随着变量的增大去除率增大。
      由于阳离子度、添加量均与去除率正相关,将2 个变量相乘即为所添加絮凝剂的电荷量,并最终得到电荷量与去除率的关系,如图 5 所示。随着电荷量的增加,去除率不断增大,电荷量达到 0.5mmol时,絮凝剂去除率接近 100%;电荷量相同时,阳离子度越高,去除率越高,电荷量为 0.1 mmol 时,阳离子度为 1.148 mmol·g-1絮凝剂的去除率为 15%,阳离子度为 3.800 mmol·g-1絮凝剂的去除率为 70%左右。
      由表 1 可知,阳离子度越大,质量分数为 10%的絮凝剂水溶液黏度越大,而由图 4 可知电荷量相同时,阳离子度越大去除率越高,因此电荷相同时,去除率可能与黏度有关,而黏度大小是絮凝剂相对分子质量的体现,因此阳离子度大的絮凝剂去除率越高可能与絮凝剂相对分子质量有关。
      原标题:一种阳离子改性淀粉絮凝剂絮凝性能研究
      原作者:赵凯强,杨超,王晨 (中国石化 大连石油化工研究院,大连 116045)