聚酰胺胺树形分子在染料废水处理中的应用研究

聚酰胺胺树形分子在染料废水处理中的应用研究周贵忠,谭惠民,罗运军,周睿华,王彩旗,张学同(北京理工大学化工与材料学院,北京100081)摘要:使用聚酰胺胺(PAMAM)树形分子对以酸性红B为代表的12种水溶性染料模拟废水进行脱色处理。研究了溶液的酸度、时间、以及PAMAM的加入量对脱色率的影响。研究表明,PAMAM树形分子对水溶性染料具有优异的脱色效果,在pH=1～9较宽的范围内,PAMAM在10mg/L的条件下,10min左右即能使多数模拟废水脱色98%以上,CODCr去除率大多在96%左右。关键词:染料废水;聚酰胺胺树形分子;化学絮凝;废水处理中图分类号:X791文献标识码:A文章编号:1003-6504(2003)01-0001-03据化工部统计,“九五”期间我国染料年产量维持在20～25万t,已超过世界染料总产量的1/4,成为世界上最大的染料生产国[1]。染料废水的污染和毒性已成为当前染料行业生存和发展的关键问题。未经处理的染料废水排放到河流中,污染水源;人体接触染料废水,引起皮肤过敏,发炎,致癌,对人类健康产生危害。染料废水处理的突出问题是色度和难降解有机物的去除问题。目前国内外一般采取化学法、物理法和生物法三种[2]。无机絮凝剂多半为铝盐与铁盐为主;较无机絮凝剂而言,有机絮凝剂,特别是高分子絮凝剂,具有脱色效果好,投药量小,适用的pH范围宽,产生的淤泥体积小等优点。近年来人们把研究重点放到合成新型高效高分子絮凝剂上。PAMAM树形分子是近年来发展起来的一类新型高分子材料,它的结构呈球形,内部有空腔,外层有大量的官能团,能很好的溶于水,因此在水溶液中它具有很好的絮凝和螯合作用。本文合成并应用PAMAM树形分子对以酸性红B为代表的12种水溶性染料进行了脱色试验,结果表明:PAMAM树形分子适用于对水溶性染料废水进行处理。1实验部分1.1PAMAM树形分子的制备[3]参照文献方法制备PAMAM树形分子,合成路线为:用乙二胺为引发核,与丙烯酸酯进行Michael加成反应,再与乙二胺进行酰胺化反应,重复以上步骤以实现分子增长。直到得到适宜的树形分子,经红外光谱与核磁共振证明具有目标分子的结构。取部分树形分子在合适的条件下制成盐酸盐备用。基金项目:国家自然科学基金项目资助(2007703)作者简介:周贵忠(1973-),男,博士生,从事新型高分子材料的合成与研究。1.2试验仪器PHS-10B数字酸度计,721型分光光度计,DZF-6051型真空干燥箱,COD-571型COD分析仪。1.3测试方法模拟废水的配置:取目前使用量大具有代表性的酸性红B为代表,试验方法如下:(1)称取一定量的染料,用去离子水配成各种浓度C的溶液,间隔一定时间后,取样离心,用分光光度计测定上层清液的最大吸收波长λ及吸光度A,然后作A—C的直线图。(2)在时间响应实验中,在一试管中,取初始浓度Co为150mg/L的染料溶液10g,然后加入浓度为20%的4代PAMAM树形分子盐溶液0.05g,每间隔一定时间,取样离心,测定上层清液在最大吸收波长(酸性红B:λmax=490nm)处的吸光度,并计算脱色率。脱色率(%)=(Co—C)/Co×100%式中Co、C分别为脱色前后染料浓度。(3)在pH值响应实验中,把配好的浓度Co为150mg/L的染料溶液,在一系列试管中取10g染料溶液,然后加入0.05g的PAMAM树形分子溶液,用浓盐酸调节成不同的pH值,放置一段时间后,离心,取上层清液,在最大吸收波长处测其吸光度A,计算脱色率。(4)PAMAM加入量的响应实验中,在一系列试管中取10g染料溶液,分别加入不同量的PAMAM量,放置一段时间后,离心,取上层清液,在最大吸收波长处测其吸光度A,计算脱色率。2结果与讨论2.1时间对脱色率的影响染料剩余浓度与反应时间的关系见表图1。从图1中可知,随着时间的增加,染料的脱色率逐渐增大,在反应前10min左右,时间对染料的脱色效果影响较大,在此以后的时间里,时间对脱色效果影响不大。·1·聚酰胺胺树形分子在染料废水处理中的应用研究周贵忠,等图1加入时间对脱色率的影响2.2pH值对脱色率的影响pH值对脱色效果的影响,结果见图2。曲线上最右点为染料溶液中只加入了PAMAM树形分子溶液,未用浓盐酸调节酸度,即便如此,也有很明显的脱色效果,脱色率达89%,说明PAMAM树形分子已与染料反应,它本身是一种高效的絮凝剂;pH=9时,脱色率图2pH值对脱色率的影响高达98%。而与还原铁粉脱色最佳pH=3.5[4],脱色率为79%,高锰酸钾脱色最佳pH≤1.5,脱色率可达85%等相比[5～6],pH值选择范围宽。pH=1.0～9.0时,脱色率高达98%。可以看出,pH值对脱色效果有一定的影响,随着pH值的降低,脱色率增大,但pH值≤9以后,脱色