阳离子型淀粉接枝丙烯酰胺絮凝剂的制备及絮凝性能研究

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絮凝沉降法是目前国内外普遍使用的一种水质处理的前置单元操作技术,被广泛的应用于上下水、循环用水和工业废水的处理过程中。在絮凝沉降过程当中,只有选有合适的絮凝剂,才能获得满意的絮凝效果。 本文全面综述了絮凝剂的发展进程以及未来水处理剂的发展趋势,围绕絮凝剂的最新发展动态,针对我国玉米产量丰富、价廉等特点,而且阳离子型淀粉接枝物将阳离子淀粉和淀粉接枝物的优点集于一身,提出以天然高分子玉米淀粉为原料合成阳离子淀粉接枝丙烯酰胺絮凝剂作为水处理絮凝剂的思路。目前合成阳离子型淀粉接枝絮凝剂所存在的问题是:普遍采用昂贵的铈盐引发体系,絮凝剂废水处理前提纯步骤繁琐,导致絮凝成本过高;丙烯酰胺与淀粉质量比太大,大部分在3∶1以上,也即丙烯酰胺所用的量过多,容易造成二次污染;另外,淀粉衍生物絮凝剂的实际絮凝效果不佳,无法达到同无机絮凝剂相当甚至更佳的絮凝效果。 本论文采用自由基水溶液聚合法,在廉价的水溶液体系当中,分别采用廉价的高锰酸钾引发体系和铈盐引发体系,合成出了产率相当的淀粉、丙烯酰胺(AM)和阳离子单体甲基丙烯酸二甲基氯胺乙酯(DM)的阳离子型淀粉接枝共聚物。比较全面的考虑了多个影响因素:AM的加入量、DM的加入量、引发剂浓度、引发剂配比、pH值、反应温度和反应时间。最终确定了较佳的工艺条件:铈盐引发:AM的加入量为20g,DM的加入量为5 g,硝酸铈铵/硝酸的摩尔比为0.85,引发剂浓度为1.4g/L,反应温度为35℃,反应时间3h,此时产率为82.9%,接枝率为162.4%;锰盐引发:AM的加入量为24g,高锰酸钾/硫酸的摩尔比为1.6,引发剂的浓度为1.5 g/L,反应温度为65℃,反应时间为4h,此时,产率为80.9%,接枝率为150.5%。 实验结果表明,丙烯酰胺与淀粉的质量比均低于3∶1时,合成出了产率超过80%,接枝率超过150%的三元接枝共聚物。最终运用FT-IR、X射线衍射和扫描电镜测试来进行产物的表征,发现这两种产物是非常相似的,尤其是均具有层状、多孔的表面结构,由此说明,高锰酸钾引发体系可以代替铈盐来引发淀粉的改性反应。 进而,通过对人工模拟水样以及工厂实际生产废水的大量实验,对以高锰酸钾引发体系制备的阳离子型淀粉接枝丙烯酰胺絮凝剂的絮凝性 能进行了研究。本实验主要采用了三种废水:高岭土悬浊液,印染废水和含Cr<6+>废水。通过一系列絮凝实验,分别确定了最佳的絮凝工艺条件,并与市售的絮凝剂进行复配来比较其絮凝效果。结果表明,阳离子型淀粉接枝丙烯酰胺絮凝剂是一种无毒、可降解、无二次污染、应用范围广的高效絮凝剂,尤其是与一些絮凝剂复配之后都优化了絮凝性能。
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