阳离子瓜尔胶改性絮凝剂的絮凝性能研究.doc

阳离子瓜尔胶改性絮凝剂的絮凝性能研究2009年第12期（总第133期）黎丽华1，何东保2（1.广西电力工业勘察设计研究院，广西 南宁 530023；2.武汉大学资源与环境科学学院，湖北 武汉 430072）　【摘　要】　以硝酸铈铵(CAN)为引发剂，采用水溶液聚合法，制备了阳离子瓜尔胶与丙烯酰胺的接枝共聚物（pAm-g-CG40）。将制得的接枝共聚物作为阳离子絮凝剂，应用于生活污水的净化处理。结果表明，pAm-g-CG40具有良好的絮凝效果，其絮凝作用优于阴离子聚丙烯酰胺(APAM)。而且，在与聚合铁（PFS）复合作用时，可大大提高其絮凝作用，更加有效地去除污水的浊度。 　　【关键词】　阳离子瓜尔胶；丙烯酰胺；接枝共聚；絮凝 ? 1　引言 　　20世纪70年代以来，对天然高分子改性絮凝剂的研究与开发目前一直呈上升趋势。目前，研究较多的天然改性絮凝剂包括淀粉类[1-2]、壳聚糖类[3]接枝共聚改性絮凝剂等。但是，将丙烯酰胺接枝到阳离子瓜尔胶上，并将所制得的共聚物作为絮凝剂，用于城市污水处理的研究尚未见报道。 因此，本实验以硝酸铈铵为引发剂，引发丙烯酰胺和阳离子瓜尔胶（CG40）进行接枝聚合反应制得pAAm-g-CG40。研究了其在不同反应条件下的接枝共聚规律，及其在废水处理中的絮凝性能。 ? 2　实验部分 2.1? 原料和试剂 　　阳离子瓜尔胶CG40(工业级，上海高维化学有限公司)；丙烯酰胺AM(分析纯，湖北大学化工厂)；硝酸铈铵CAN(化学纯，中国医药集团上海化学试剂公司)；对苯二酚(分析纯，河南焦作市化工厂三厂)，其余的试剂均为分析纯。 2.2 ?接枝共聚物pAAm-g-CG40的制备 　　将1gCG40分散于40 ml蒸馏水中，倒入装有搅拌器、温度计和氮气管的三口烧瓶中。在氮气保护下，搅拌，升温至预定反应温度，再加入一定浓度的CAN溶液20ml以引发CG40产生多糖自由基。约10min后，逐滴加入一定浓度的单体水溶液40 ml。反应至预定时间后，加入少量阻聚剂对苯二酚终止反应[4]，停止搅拌，切断N2。产物冷却至室温后用乙醇进行沉淀、过滤，在低于50的真空干燥器中干燥至恒重，得接枝共聚粗产物。 2.3? 接枝共聚粗产物的提纯 　　将粗产物在6040(体积比)[5]的乙二醇和醋酸混合溶剂中浸泡24h后，过滤。将滤液倒入乙醇中看是否有均聚物PAM沉淀出来[6]。此过程反复操作多次，直至滤液在乙醇中无沉淀产生为止。将提纯后的接枝共聚物再次置于真空干燥器中干燥。接枝率（G%）和接枝效率（GE%）由以下公式计算[4]： 　　接枝率（G%）=(W2-W0)/W0×100% 　　接枝效率（GE%）=(W2-W0)/(W1-W0)×100% 　　式中，W0、W1和W2分别为CG40、接枝共聚粗产物、接枝共聚物的质量（g）。 2.4? 絮凝沉降实验 　　絮凝实验在JJ-4型六联电动搅拌机上进行，以浊度去除率来反映絮凝效果，采用SZD-1型散光浊度仪（上海自来水厂）测定浊度。实验所用废水样取自武汉水质净化厂，原水水质为：浊度21.4 NTU，pH值：7.51。 　　分别在500 ml的烧杯中倒入400 ml水样，打开搅拌机，加入定量絮凝剂，快速搅拌（约150 r/min）1 min后，将转速调低至20~30 r/min继续搅拌10 min。然后停止搅拌，静置20 min，用针筒抽取水面下30 mm处的水样进行浊度测定[7-8]。 ? 3　絮凝实验结果与讨论 3.1? 最佳剂量的确定 　　分别取pAAm-g-CG40 2.5、5.0、7.5、10.0、12.5和15.0 mg/L进行絮凝实验，其结果如图1所示。 　　　　　图1? pAAm-g-CG40浓度对剩余浊度的影响 　　由图1可以看出，随着pAAm-g-CG40用量的增加，剩余浊度逐渐减小。在pAAm-g-CG40浓度达到10 mg/L时，剩余浊度降至最低值 7.9 NTU。但是若继续增大pAAm-g-CG40的浓度，剩余浊度反而开始上升。 　　这主要是因为：阳离子聚合物的絮凝机理是电荷中和和吸附架桥作用[9]，当pAAm-g-CG40的浓度较低时，只能中和颗粒表面部分的负电荷，降低部分的ζ电位，因此絮凝效果非常低。当pAAm-g-CG40的浓度增大时，颗粒表面电荷被中和的量也增大，ζ电位进一步降低，同时参与架桥的大分子也增多，絮凝效果增大。当pAAm-g-CG40的浓度增大到一定值时，废水中颗粒表面的电荷正好被中和，ζ电位降到零，这种状态就是所谓的“等电状态”，同时也是最佳絮凝状态，此时的pAAm-g-CG40的浓度即为最佳投入量[10-11]。如果pAAm-g-CG40过量，则架桥作用所必需的颗粒表面吸附活性点被pAAm-g-CG40所包裹，并且颗粒由带负电荷转为带正电荷，由