壳聚糖交联阳离子高分子絮凝剂的表征及应用_沈一丁

第18卷第4期高分子材料科学与工程Vol.18,No.42002年7月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGJul.2002壳聚糖交联阳离子高分子絮凝剂的表征及应用沈一丁,石珞(西北轻工业学院化工系,陕西咸阳712081)摘要:叙述了超高相对分子质量阳离子壳聚糖絮凝剂的制备及应用,讨论了多种因素对絮凝效果的影响。当V(12.5%PAE)∶V(15%CPAM)∶V(2%chitosan)=1∶1∶5,加甲醛轻度交联,制得壳聚糖改性复合阳离子絮凝剂,对造纸污水具有明显的絮凝作用。适宜的应用条件是pH值3.0～7.0,絮凝剂加量10mg～15mg,絮凝剂可以桥联作用在各种颗粒及纤维间形成硬絮凝体。用扫描电镜观察絮凝物时,可发现在纤维间形成多个物理吸附点,网络编织致密,其间有大量颗粒状物质,说明桥联作用明显。关键词:阳离子凝聚剂;壳聚糖;聚酰胺多胺环氧氯丙烷中图分类号:O636文献标识码:A文章编号:1000-7555(2002)04-0101-04絮凝剂在用水与废水处理和生产过程的固液分离中占有重要的地位。近年来国内外高分子絮凝剂的生产与消费保持高速增长,应用最多的仍是阳离子聚丙烯酰胺类[1,2]。但目前引起人们重视的是水溶性淀粉衍生物和多糖改性絮凝剂,因为它们具有自身可降解性[3～5]。壳聚糖不仅具有和纤维及填料的电中和能力,而且能够在各种微粒之间起到架桥作用、助留助滤作用,同时还有抑菌杀菌作用[6～8]。缺点是本身易降解,稳定性差,相对分子质量仍不够大[9～11]。本工作是将壳聚糖与阳离子聚合物进行交联,得到超高相对分子质量的凝聚剂,其在造纸污水处理中具有极佳的凝聚效果,同时产品本身具有良好的贮存稳定性。1实验部分1.1主要原料壳聚糖(chitosan):工业级,W(chitosan)=2%;聚酰胺多胺环氧氯丙烷(PAE):陕西省咸阳市轻化工材料厂生产,W(PAE)=12.5%;阳离子聚丙烯酰胺(CPAM):自制,W(CPAM)=10%;甲醛:W(HCHO)=36%,C.P.级。1.2表征1.2.1pH值:pHS-10A型酸度计。1.2.2透光率:721型分光光度计,上海第三分析仪器厂生产。1.2.3COD(Cr)值:HH-Ⅲ型化学耗氧量测定仪,中科院生态环境研究中心、江苏电分析仪器厂生产。1.2.4SEM:美国KYKY1000B扫描电镜。1.2.5粘度:NDJ-79型旋转粘度计,同济大学机电厂生产。2结果与讨论2.1影响絮凝剂粘度的主要因素2.1.1交联剂用量:体积比V(chitosan2%)∶V(PAE12.5%)∶V(CPAM10%)=1∶1∶1,加量为30mL时,改变交联剂量,考察交联剂量对产品粘度的影响,如Tab.1所示。Tab.1Effectoftheamountofcrosslingagent(Vc)ontheviscosityofproduct(η)Vc(mL)0.10.20.30.40.50.60.70.8Z(mPas)3.754.103.974.154.254.394.48gelt*(s)43422514121010*coagulatingtime从Tab.1可以看出,交联剂用量愈大,产收稿日期:2000-09-29;修订日期:2001-12-25基金项目:陕西省自然科学基金项目(SK-99-04)作者简介:沈一丁(1957-),男,博士,教授.DOI:10.16865/j.cnki.1000-7555.2002.04.025品粘度就愈大。由碱催化的这种交联反应对提高产品的絮凝效果是极其重要的。没有超高相对分子质量,絮凝剂的架桥作用则不明显。2.1.2壳聚糖与PAE用量:将壳聚糖与PAE以不同体积比进行交联反应,静置3d～4d后,用旋转粘度计测其粘度。由Tab.2可知,壳聚糖用量越大,产品的粘度越大。说明壳聚糖的用量对产物的粘度影响较大。这是由于壳聚糖中的氨基与交联剂间产生了较多的交联点,导致产品形成轻度交联的网络,运动时受到很大的粘滞阻力。经过5种合成路线共得到30多个品种,从中选择出27#产品为最佳。其体积比为V(12.5%PAE)∶V(15%CPAM)∶V(2%chitosan)=1∶1∶5。甲醛轻度交联后得到产品,理化指标为,外观:淡黄透明粘稠液体;水溶性:可以与水任意比例互溶;pH值:5.5～6.5;固含量:6%;Y电位:5mV～10mV;粘度:2mPas～6mPas(28℃);稳定性:室温半年不分层、不凝胶。Tab.2Effectoftheamountofchitosanontheviscosityofproduct(η)V(12.5%PAE)∶V(15%CPAM)∶V(2%chitosan)∶V(36%HCHO)Z(mPas)4∶6∶6∶0.511.505∶6