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              新型高分子脫色劑對水溶性染料的脫色性能及作用機理研究

              來源:中國凹凸棒土網    02-02 11:40
              染料廢水量大面廣、污染嚴重,屬難處理的工業廢水之一。絮凝法是染料廢水處理中經常采用的方法,但無機絮凝劑對水溶性染料廢水的脫色效果一般較差,因此合成高分子脫色絮凝劑的研制與開發一直是水處理領域的熱點之一。本文合成了陽離子高分子絮凝劑P(AM-DMC),以燒杯實驗法研究了其對水溶性陰離子染料廢水的脫色性能,并運用紅外光譜、拉曼光譜、可見吸收光譜、電荷量分析以及平衡滲析等方法,從能量相互作用和疏水相互作用的角度,在分子水平上探討了P(AM-DMC)與染料間的作用機理。在以上研究的基礎上,將能與染料發生強烈作用的季銨鹽基團接到無毒無害、可生物降解的殼聚糖微球上,從吸附平衡和吸附動力學兩方面探討了季銨化殼聚糖微球對幾種水溶性染料的吸附性能,研究了其吸附模型和吸附機理。論文的研究工作已得到的主要結論如下: 本文通過自由基聚合法合成了一系列不同結構參數的P(AM-DMC),其對染料的絮凝脫色實驗結果表明,絮凝劑的特性粘數及分子鏈上電荷分布均勻性對脫色效果的影響較小,而陽離子度則是影響脫色效果的重要因素。當陽離子度大于52%時,絮凝劑能夠有效去除水中的各種染料,而且隨著陽離子度升高絮凝劑最佳用量逐漸減小,表明電荷中和在絮凝脫色過程中起著重要作用。 P(AM-DMC)對染料的脫色效果還與染料結構、溶液pH、外加無機鹽等因素有關。染料分子中陰離子基團數目、疏水基團的大小等結構因素對絮凝劑最佳用量和最大脫色率都有較大影響;在弱酸性及中性條件下,P(AM-DMC)對實驗中的大多數水溶性染料都具有良好的脫色效果,并能除去染料溶液中的大部分CODCr;無機鹽的存在使絮凝劑最佳用量增大、脫色率降低、有效絮凝劑用量范圍變寬了。 利用紅外光譜、拉曼光譜、可見吸收光譜、平衡滲析法等技術和方法對絮凝劑與染料之間作用機理的研究結果表明:從能量相互作用的角度看,在絮凝過程中,絮凝劑分子側鏈上的—N+(CH3)3基團與染料分子中的—SO3-基團發生了化學反應,同時也形成了少量分子間氫鍵,通過這些能量作用使絮凝劑與染料分子生成不溶性的染料銨鹽大分子,從而使染料轉變為膠體狀態,再經電荷中和、吸附架橋、網捕等作用而被絮凝除去。綜合來看,絮凝劑與染料分子之間既有能量相互作用,也有非極性基團之間的疏水相互作用,部分染料還存在協同相互作用。 一般來說,染料分子中磺酸基團和疏水基團越多,疏水基團的體積越大,與絮凝劑分子的鍵合程度就越大,脫色效果也越好。分子中含有金屬絡合離子或體積較大的蒽醌環的染料協同地鍵合到聚合物上的趨勢更大。 與未改性的殼聚糖微球相比,以3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨改性后的交聯殼聚糖微球對染料的吸附量顯著提高了,且有更寬的pH使用范圍。季銨化殼聚糖微球對染料的吸附量與染料的分子結構及相對分子量有關。一般來說,酸性和活性染料的吸附量大于直接染料,同類染料中染料的相對分子量越小吸附量越高。 季銨化殼聚糖微球對酸性媒介黑PV(PV)、活性艷紅X-3B(X-3B)和直接深棕M(DM)的吸附平衡及吸附動力學的研究表明:季銨化殼聚糖微球對三種染料的吸附都很好地符合Langmuir吸附等溫式,20℃及相應pH下,PV、X-3B和DM的理論飽和吸附量分別為2129mg/g、1790.8mg/g及563.3mg/g。X-3B和PV的吸附動力學模型可用表觀二級動力學方程描述,吸附過程的吸附速率是受化學吸附控制的;而DM的吸附行為更符合粒子內擴散模型,粒子內擴散速率是影響吸附速率的主要因素。 染料初始濃度、溫度、溶液pH均影響染料在季銨化殼聚糖微球上的吸附量。染料初始濃度越大,吸附量越大;X-3B和DM的吸附量隨溫度升高而增大,是吸熱過程(△H0>0),而PV的吸附量隨溫度升高先增大后減??;溶液pH對染料吸附量有很大影響,表明吸附主要是通過季銨化殼聚糖微球與染料間的靜電相互作用完成的。

                  doi:
                  10.7666/d.y969038
                  關鍵詞:
                  絮凝劑 脫色 污水處理 染料廢水
                  作者:
                  沈俊菊
                  學位授予單位:
                  南開大學
                  授予學位:
                  博士
                  學科專業:
                  環境科學
                  導師姓名:
                  莊源益
                  學位年度:
                  2006
                  語種:
                  中文
                  分類號:
                  X703
                  在線出版日期:
                  2010年11月24日

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