改性壳聚糖絮凝剂的制备及絮凝性能的研究_林静雯

第27卷第5期2005年9月南京工业大学学报JOURNALOFNANJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVo.l27No.5Sep.2005改性壳聚糖絮凝剂的制备及絮凝性能的研究林静雯1,胡筱敏2,高丹1,马爽1(1.沈阳大学沈阳环境工程重点实验室,辽宁沈阳110044;2.东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳110004)摘要:以过硫酸铵为引发剂,在壳聚糖与丙烯酰胺的质量比为1∶2的条件下,使壳聚糖和丙烯酰胺在30℃时发生接枝共聚反应,制得改性壳聚糖絮凝剂(CAM),通过对高岭土悬浮液和印染废水的絮凝实验表明,CAM具有阳离子型高分子絮凝剂的典型特征,其絮凝性能优于壳聚糖,在其用量为壳聚糖质量的20%情况下,CAM对印染废水的CODCr去除率提高了30%。关键词:壳聚糖;丙烯酰胺;接枝共聚;絮凝性能;印染废水中图分类号:X703.1文献标识码:A文章编号:1671-7643(2005)05-0050-04壳聚糖是天然有机高分子多糖甲壳质脱去N乙酰基的衍生物,由于它独到的水处理功能,受到了环境界的广泛关注[1]。为了增强其功能性,近几年来对壳聚糖分子进行化学修饰、引进多功能基团等一些化学改性絮凝产品的研究报道日趋增多[2]。程刚[3]制备了改性后壳聚糖衍生物羧甲基壳聚糖,其对印染废水的絮凝效果远好于壳聚糖及无机碱式氯化铝。冯玉杰[4]对壳聚糖进行了季铵化改性制得了壳聚糖季铵盐,其对玉米酒精发酵清糟液进行絮凝处理,絮凝效果明显优于壳聚糖。为了增强壳聚糖的相对分子质量和架桥等功能,关于壳聚糖与丙烯酰胺的接枝共聚改性研究,也有相关文献报道[5,6],但对于接枝共聚物的絮凝机理探讨以及在实际废水处理中的应用研究,文献中很少涉及。本文首次对壳聚糖与丙烯酰胺接枝共聚改性的产品和壳聚糖本身的絮凝性能进行对比研究,这对降低壳聚糖废水处理的成本具有重要意义。1实验部分1.1实验材料壳聚糖:白色片状固体,脱乙酰度80%以上,沈阳市试剂五厂供应商提供;高岭土:化学纯,上海新城精细化工有限公司;丙烯酰胺、过硫酸铵、冰乙酸和无水乙醇均为分析纯;印染废水:取自沈阳印染工业园,色度为400～500倍;pH值为12～14;CODCr为950mg/L。1.2实验仪器EST2001COD测定仪;上海仪器分析厂生产721型分光光度计;傅立叶红外光谱扫描仪;上海PHS2型酸度计;DJ6CS六联定时搅拌器;NDJ1粘度计;自动温控恒温水浴箱;电动搅拌器(JJ1,90W,0～3000r/min);766远红外辐射干燥箱等。1.3试验方法1.3.1CAM的制备将装有搅拌器,通入N2的三口反应瓶置于恒温水浴中,加入体积分数为1.5%的冰乙酸水溶液100mL、干燥后的壳聚糖2g,在30℃下搅拌45min。滴加引发剂过硫酸铵溶液,15min后,加入丙烯酰胺单体4g,继续反应3h,冷却至室温。反应产物即为接枝共聚物CAM。1.3.2检测分析(1)粘度的测定:用NDJ1粘度计直接测量CAM的粘度[2]。(2)红外光谱分析:将反应后的产品全部倒入收稿日期:2005-03-20基金项目:沈阳环境工程重点实验室基金资助(2004008)作者简介:林静雯(1965-),女,辽宁大连人,硕士,副教授,主要研究方向为废水絮凝技术;Email:lintongfeng@163.com。盛有无水乙醇的烧杯中,得到白色沉淀,用1G2玻璃砂芯滤器过滤,并用无水乙醇反复洗至中性,过滤后的产品置于远红外辐射于50℃下干燥24h,得到接枝共聚物,采用KBr压片法[2],用红外光谱仪分析产物所含的基团,从而分析接枝共聚物的结构。1.3.3絮凝性能研究(1)高岭土模拟水样的絮凝实验采用烧杯试验法[7,8]。在1L的烧杯中,加入高岭土5g,加水1L。变速搅拌器以300r/min的转速搅拌15min。搅拌速度降至120r/min,加入定量的絮凝剂溶液搅拌1min,最后搅拌速度降至40r/min搅拌5min,停止搅拌,静置5min,抽取上清液10mL。用分光光度计在550nm波长处,测定上清液透光率。(2)CAM对印染废水的处理研究取沈阳印染工业园印染废水作为研究水样,先测未作絮凝处理水样的CODCr值和吸光度,然后在500mL烧杯中加入废水样,先以220r/min的转速搅拌下加入无机絮凝剂PAC,快速搅拌1min,然后再在50r/min的转速搅拌下加入一定量有机絮凝剂,慢速搅拌10min,静置沉降20min后,在一定液面高度下吸取部分水样在550nm波长处,测定上清液透光率、吸光度和CODCr值。CODCr的测定为重铬酸钾法。并按下式计算脱色率(D%),D%=[(ε0-ε)/ε0]×100%。式中:ε0为未经絮凝处理水样测得的吸光度;ε为经作絮凝处理后的水样测得的吸光度。2结果与讨论图1壳聚糖的红外光