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一种阳离子改性淀粉絮凝剂絮凝性能研究(二)
来源:购彩平台下载官网 发布时间:2021-09-15 13:23:34 浏览次数:
      2.3 絮体体积的考察
      为了进一步考察阳离子度、添加量对絮凝体积的影响,进行了絮体体积试验,实验过程如 1.5 所示。
由图 6(a)可以看出,阳离子度一定时,随着絮凝剂添加量的增加絮体体积增大,阳离子度在1.148~2.400 mmol·g-1时,絮体体积随添加量的增加先增大随后保持不变,最大为 104 mL,阳离子度在2.647~3.800 mmol·g-1时,絮体体积随添加量的增加而不断增大,最大可以达到 196 mL。由图 6(b)可以看出,添加量一定时,絮体体积随着阳离子度的增大呈增大趋势,絮体体积最大可以达到 196 mL。
      由于阳离子度、添加量均与絮体体积正相关,将 2 个变量相乘即为所添加絮凝剂的阳离子电荷量,并最终得到电荷量与絮体体积的关系,见图 7。从图 7 可以看出,电荷量在 0~0.5 mmol 时,随着电荷量的增加,絮体体积迅速增加,电荷量在0.5~0.8 mmol 时,絮体体积基本保持稳定,基本在104 mL 左右,电荷量大于 0.8 mmol 时,絮体体积迅速增大,最大达 196 mL;电荷量在 0~0.5mmol时,电荷量相同时,阳离子度越大,絮体体积越大;电荷量在 0.5~0.8 mmol 时,除阳离子度为 3.328、3.800 mmol·g-1的絮凝剂,电荷量相同时,不同阳离子度的絮凝絮体体积基本一致,均在 104 mL 左右;电荷量大于 0.8 mmol 时,阳离子度越大,絮体体积越大,直到接近 200 mL 为止。可见电荷量在0.5~0.8 mmol 的范围内,阳离子度对絮体体积影响较小,在 0~0.5 mmol 和大于 0.8 mmol 的范围内对絮体体积影响较大,均随着阳离子度的增大絮体体积增大,这可能与絮凝剂相对分子质量大小有关。
      去除率试验中与絮体体积试验中所含的膨润土质量分数一致,因此中和负电荷所需要的电荷量也一致,因此可以将图 5 与图 7 进行比较观察,在图 5 中电荷量为 0.5 mmol 时去除率接近 100%,而图 7 中电荷量在 0.5~0.8 mmol 范围内,絮体体积基本保持不变,由图 5 可知这是由于在电荷量在0.5 mmol 时,悬浮水溶液中的膨润土颗粒基本完全絮凝沉降,该现象在实验中也能够观察到。电荷量在 0~0.8 mmol 范围时,图 5 与图 7 的变化曲线十分接近,这是因为絮体体积与上层清液的去除率是相关的,絮体体积越大,上层清液中的膨润土悬浮颗粒越少,去除率也越高。
      电荷量在 0~0.5 mmol 的范围内,随着电荷量的增加絮体体积增加,水溶液逐渐澄清;电荷量在0.5~0.8 mmol 范围内,絮体体积保持稳定,水溶液完全澄清;电荷量大于 0.8 mmol 时,絮体体积随着电荷量不断增大,上层水溶液保持澄清,因此0.5~0.8 mmol 为该絮凝体系的最佳电荷用量。
      2.4 微观分析
      为了进一步探究絮体体积变化的原因,选取质量分数为 6‰的膨润土水溶液以及 3.044 mmol·g-1阳离子度絮凝剂电荷量为 0.152、0.304、0.761、1.218 mmol 的絮团利用系统显微镜进行观察。
      图 8(e)所示为放大 200 倍的 6‰的膨润土水溶液的显微镜图片,可以看到膨润土颗粒在水溶液中分散的十分均匀,可以观察到溶解在水中的气泡,黑点可能是未完全溶解的膨润土或膨润土中含有的杂质。图 8(a)、(b)、(c)、(d)分别为放大 50倍的电荷量为 0.152、0.304、0.761、1.218 mmol 的絮团显微镜图片,可以看到加量为 0.152 、0.304 mmol 时,絮团较大,絮团之间的没有明显的界线,而随着加量的继续增加,絮团变小,絮团之间的界限更加分明,大小更加均一,添加量为1.218 mmol 时,絮团最小,随着加量的增加,絮团的形貌逐渐由团状变成链状。图 8(f)为放大 200倍的电荷量为 1.218 mmol 的絮团显微镜照片,从图中能够清楚地看到,在阳离子过量时,絮团表现出一种链状形貌。将图 8 与图 7 进行比较,发现电荷量 0~0.5 mmol 时,絮体体积增大是由于电荷中和作用,更多的颗粒沉降造成的,电荷量大于 0.8 mmol时,絮体体积增大是由于絮团变小导致的,絮团越小,沉降速度越慢,在宏观上表现出絮体体积变大的现象。
      图 9 为膨润土悬浮液絮凝前和絮凝后的絮体经过干燥研磨后的 SEM 图片,从图中看出絮凝前和絮凝后的颗粒大小接近,粒径大小均在 10~30 μm范围内,没有明显的差别,可能是由于絮凝过程中形成絮团的颗粒之间作用力较弱,干燥研磨会破坏颗粒之间的作用力,导致絮团破裂。
      2.5 絮凝机理讨论
      由实验可知,膨润土水溶液中膨润土质量分数一定的情况下,去除率和絮体体积主要与电荷量和絮凝剂相对分子质量有关。电荷量主要发挥了电荷中和作用,絮凝剂相对分子质量主要发挥架桥作用。
      如图 10 所示,在膨润土悬浮水溶液中,膨润土颗粒表面带有负电荷,可以均匀地分散在水中,并保持良好的稳定性,本发明合成的阳离子改性淀粉絮凝剂带有大量的阳离子电荷量,同时具有发达的链状结构和极性基团,可以将膨润土颗粒吸附在链状的絮凝剂上。被吸附的膨润土颗粒电性会发生改变带有正电荷,同时会吸引溶液中其他带负电荷的颗粒,使得颗粒的电性发生改变而相互聚集,因此链状的絮凝剂会吸引大量的颗粒聚集在其周围,同时链状的絮凝剂分子间会相互缔合而纠缠在一起,形成一种网状结构。因此在絮凝剂添加量较少时,会形成较大絮团而快速沉降;当絮凝剂添加量适量时,絮团带有少量电荷或几乎不带有电荷,絮团之间易发生相互碰撞而相互聚集形成更大的絮团而迅速沉降;而当絮凝剂添加量过量时,带有正电荷的絮凝剂分子之间主要以排斥力为主,会在溶液迅速分散开,絮凝剂因此会呈现出链状形貌,由于溶液中膨润土颗粒含量是一定的,絮凝剂会相互争夺带负电的颗粒,絮凝剂越多,所能吸附到的颗粒越少,因此链状的絮团也会越小,通过图 8 也能看出这一点。絮凝剂添加量过量除了导致絮团变小,还会导致絮团呈正电性而相互排斥难以聚集,导致絮团沉降困难,表现出絮体体积增大现象。
      当电荷量较小时(0~0.5 mmol),在电荷量相同的情况下,能够形成较大的絮团快速沉降,絮凝剂相对分子质量越大,越能够发挥架桥卷扫作用,促进更多的悬浮颗粒沉降,而当电荷量适中时(0.5~0.8 mmol),由于溶液中的膨润土颗粒几乎完全絮凝沉降,除了阳离子度为 3.328 mmol·g-1 和3.800 mmol·g-1 的絮凝剂外,絮体体积基本保持不变,而 3.328 mmol·g-1和 3.800 mmol·g-1的絮体体积较大,这可能是由于两者的相对分子质量较大,絮凝剂分子具有一定的刚性结构,在中性或正电环境下能够充分舒展分子结构,导致絮体沉降缓慢;而当电荷量过量时(大于 0.8 mmol),絮凝剂相对分子质量越大,絮体体积越大,絮团越难以沉降,这可能由于絮凝剂具有一定的刚性结构,吸附膨润土颗粒的絮团保持正电性而相互排斥,絮凝剂的相对分子质量越大,链节越长,导致所需要的空间越大,造成絮团沉降更加困难。电荷量较少时,相对分子质量越大越能够发挥架桥作用,促进絮凝沉降;电荷量过量时,相对分子质量越大反而沉降越困难,对絮凝沉降不利。
      3 结 论
      阳离子改性淀粉絮凝剂具有良好的絮凝效果,对膨润土悬浮水溶液具有良好的絮凝效果。
絮凝效果主要与絮凝剂电荷量和相对分子质量有关。对于去除率,电荷量在 0~0.5 mmol 时,随着电荷量的增大去除率增大,0.5 mmol 时,去除率接近 100%,电荷量大于 0.5 mmol 时,去除率保持不变;对于絮体体积,电荷量在 0~0.5 mol 时,絮体体积随着电荷量的增大而增加,电荷量在0.5~0.8 mmol 时,絮体体积随着电荷量的增大而基本保持不变,电荷量大于 0.8 mmol 时,絮体体积不断增大,最大至 196 mL。
通过显微镜照片观察可知,随着电荷量的增大,絮团变小,由团状变成链条状,沉降困难,在宏观上表现出絮体体积变大。
      电荷量在 0~0.5 mmol 时,相对分子质量越大越能发挥架桥卷扫作用,去除率越高,絮体体积越大,对絮凝有利;电荷量大于 0.8 mmol 时,相对分子质量越大絮体体积越大,沉降越困难,对絮凝不利。
      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)