稻麦草类碱木素混凝剂的性质及其应用

第一作者简介:女,24岁,硕士研究生稻麦草类碱木素混凝剂的性质及其应用张芝兰陆雍森(同济大学环境工程学院,上海200092)摘要胶体化学性质研究表明,稻麦草类碱木素是一种具有多种活性官能团的阴离子型高分子混凝剂.絮体呈片层状和卷筒状,在其沉降过程中对水中胶粒产生网捕、卷扫作用.用这类木素混凝剂可回收酸性酿造废液中的菌体蛋白,对染料废水也有较好的处理效果.关键词木素;混凝剂;味精废液;染料废水;卷扫作用;网捕作用.稻麦草类碱木素是以稻麦草为原料、烧碱法蒸煮过程产生的黑液里提取得到的.它作为一种天然的化工原料,在合成高分子材料领域得到了广泛应用[1],但作为混凝剂的报导尚不多.本文通过对稻草类木素胶体化学性质的研究,提出了碱木素的混凝剂机理,并应用于实际废水的处理,取得了较好的结果.1木素混凝剂的性质天然木素是一类无定型、具有巨大网状空间结构的高分子.迄今的研究表明,它基本是由松柏醇、芥子醇和对2香豆醇这3种类型的苯丙烷单体结构单元经各种联接方式和无规则偶合产生的一类统计高聚物[2,3].本研究所用的稻麦草类碱木素(以下简称碱木素)虽历经高温蒸煮和酸化提取,但其基本结构单元不变,分子量分布见表1[4].与天然木素相比,平均分子量稍小.为进一步了解提取碱木素的形态、结构、官能团和电性,我们通过红外光谱分析,Zeta电位测定及电镜观察等手段研究了碱木素作混凝剂的有关基本性质.表1草类碱木素的分子量分布Table1Molecularweightdistributionofstraw2pulpinglignin分子量>2000020000—1000010000—1000<1000比例,%49.1918.3726.675.77111仪器红外光谱:NICOLET/5DX红外分光光谱仪(KBr压片法).Zeta(ζ)电位:U型管电泳仪.透射电镜:日立H2800透射电子显微镜,放大115—6万倍.扫描电镜:日立H28010扫描电子显微镜,放大2000(2K)倍.样品1:pH为7的稀木素溶液;样品2:pH为4—5的稀木素溶液;样品3:pH为3时从木素溶液析出的絮体.112结果与讨论11211碱木素的红外振2转光谱图1为碱木素的红外振2转光谱图.它反映了碱木素中含有的各种极性和非极性官能团,如1267,1218,1030cm-1处C—H的伸展振动以及3488cm-1宽第17卷第4期1997年10月环境科学学报ACTASCIENTIAECIRCUMSTANTIAEVol.17,No.4Oct.,1997图1稻草碱木素的红外光谱Fig.1Theinfraredspectrogramofstraw2pulpinglignin峰处O—H的伸展振动均表明了碱木素中含量最多的酚羟基和游离羟基的存在.O—H峰由常规的3650～3600cm-1往后移且峰形变得宽且强,这正是由于酸或醇基团上的羟基因氢键作用而缔合的缘故[5].1663,1692,1709,1725cm-14个峰表明有羰基存在.1725cm-1为酯的羰基吸收.结合2840cm-1处醛基特有的C—H伸展振动即Femi共振,可断定存在醛基.此外,愈创木基和紫丁香基的振2转吸收在1400cm-1以下的波数区域也有反映.图2碱木素胶粒及絮体的电镜照片Fig.2Themicroscopephotosoflignincolloidsandflocs木素大分子上存在这些有反应活性的官能团,有利于碱木素在混凝过程中形成化学键,这在促进溶解状有机物的吸附和胶体及悬浮颗粒的网捕方面起重要作用.11212ζ电位碱木素大分子在水溶液中的稳定性随溶液的pH变化而改变,在室温28℃,溶液pH为7时可以测得经过纯化处理的碱木素的ζ电位在-1510—-1617mV之间.此时胶粒之间因静电斥力的作用较稳定.当溶液pH降低时,木素的双电层受到压缩,ζ电位减小,木素脱稳且逐步凝聚,形成颗粒较大的絮体而沉淀析出.蓝家声等[6]对黑液ζ电位的测试结果也表明黑液中木素与其他胶体混合物的ζ电位随pH的降低而减小:在pH412—512时,ζ=-2214—-2218mV;pH311时,ζ=-1514mV.从测得的ζ电位值可知木素是一种阴离子型的高分子混凝剂,这与其表面上具有负电性的官能团如羟基、羧基及酚羟基等有关.11213胶粒形态及絮凝机理水中胶粒的形状、大小、粒径级配和空间结构都影响着混凝的作用力和作用方式.从拍摄的电镜照1544期张芝兰等:稻麦草类碱木素混凝剂的性质及其应用片中可看到:木素溶液在pH为7时(图22a),胶粒细小且彼此分离;当pH降至4—5时(图22b),胶粒凝聚变大形成微絮体.由此可见:木素胶体在高pH环境下是比较稳定的,但当降至4—5时,胶体脱稳并开始凝聚.当pH降至3时(图22c),微絮体进一步长大并沉淀析出:大絮体主要呈片层