聚硅酸铝铁+壳聚糖复合絮凝剂的制备与应用

摘要

本研究将无机高分子絮凝剂聚硅酸铝铁（PSAF）与天然有机高分子絮凝剂壳聚糖（CTS）进行复配，制备成新型的无机-有机复合絮凝剂：PSAF+CTS复合絮凝剂。该复合絮凝剂综合了PSAF絮凝剂和CTS絮凝剂各自的优点，使得PSAF+CTS新型絮凝剂，对废水的适应能力更强，处理效果更优，成本更低。本文主要探讨了该复合絮凝剂的最优制备工艺条件、制各前后物质结构变化、水处理絮凝效果和絮凝机理、PSAF+CTS与其制备单体及聚合氯化铝（PAC）絮凝能力的优劣比较以及经济效益分析。结果表明： （1）PSAF+CTS复合絮凝剂的最佳制备条件为：pH值为1.4～1.8、反应温度为70℃、原料配比（PSAF：CTS质量比）为1：1、反应时间为24h。 （2）红外图谱显示：PSAF与CTS通过一系列反应生成的PSAF+CTS复合絮凝剂是一种新型的聚合多核配位化合物。扫描电镜图显示：反应后PSAF+CTS中的PSAF、CTS都发生了结构上的变化，与反应前的PSAF、CTS单体有本质的不同。PSAF+CTS中有三种不同的结构同时存在：CTS为半透明无分层薄片状，在高倍放大后不明显；PSAF为一种连续无空隙凹凸不平的褶皱状；两者之间类似于多孔的蜂窝状部分则是二者在反应中生成的新结构。 （3）PSAF+CTS复合絮凝剂对多种废水的浊度都具有很好的处理效果。最高浊度去除率都能达到99％以上；对浊度大、颜色深的废水色度去除效果较好；对生活污水、畜禽粪水、造纸废水COD有较高的去除率，都能达到75％以上。其中对畜禽粪水的COD去除率能达到84.7％，表明其对畜禽粪水中COD有更高的处理能力。PSAF+CTS虽是强酸性絮凝剂，但在投加量较低的情况下，就能得到较好的处理效果，所以对处理后水样的pH影响很小。PSAF+CTS对废水重金属离子的去除效果不佳，除了对Cr6+能达到100％的去除率，对Ni2+能达到82.2％的去除率以外，对Cu2+、Zn2+、Cd2+的去除率都不高，特别是对Zn2+最高只有45％的去除率。PSAF+CTS作为无机-有机复合絮凝剂的性质，决定了它的絮凝机理比较复杂。主要是压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀网捕、螯合作用等几种机理的综合作用。 （4）以畜禽粪水为供试废水，PSAF+CTS复合絮凝剂在投加量较低时，浊度、色度、COD的去除效果均优于未复配的PSAF、CTS单体、PSAF和CTS直接混合物、以及工业上大量应用的聚合氯化铝（PAC）絮凝剂。并且，絮凝处理后水中Al3+的残余量为0.11mg/L，远低于PAC的0.69 mg/L，SiO2的残余浓度也很低，这说明PSAF+CTS复合絮凝剂是一种高效、环保的絮凝剂。 （5）PSAF+CTS复合絮凝剂的制备成本较低，实验室制备PSAF+CTS溶胶的材料成本价格为每升1.7255元。PSAF+CTS复合絮凝剂对污水的处理方法简便，可以处理多种工业废水及生活污水，处理费用低廉，并可在经典的化学沉淀装置上直接投放，技术适应性较强，具有很好处理效果及一定的经济效益。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 文献综述

1.1 复合絮凝剂的研究现状

1.1.1 复合絮凝剂的定义

1.1.2 复合絮凝剂的分类

1.1.3 国内无机—有机复合絮凝剂的研究进展

1.1.4 国外无机—有机复合絮凝剂的研究进展

1.1.5 无机—有机复合絮凝剂的作用机理及性质

1.2 聚硅酸铝铁(PSAF)絮凝剂的研究进展

1.3 壳聚糖(CTS)在水处理中的应用

2 研究内容、目的及意义

2.1 研究内容

2.2 研究目的及意义

3 材料和方法

3.1 实验材料

3.1.1 实验试剂

3.1.2 实验仪器

3.1.3 供试废水

3.2 实验设计

3.2.1 PSAF+CTS制备实验

3.2.2 红外光谱表征与扫描电镜分析

3.2.3 PSAF+CTS复合絮凝剂对不同废水的絮凝效果

3.2.4 PSAF+CTS复合絮凝剂与不同絮凝剂絮凝效果对比

3.2.5 絮凝处理后水中残余Al3+与SiO2 测定

3.2.6 絮凝处理方法

3.2.7 实验分析方法

4 结果与分析

4.1 PSAF+CTS复合絮凝剂的制备

4.1.1 单因素影响实验

4.1.2 正交试验

4.2 红外光谱与扫描电镜

4.2.1 红外光谱图与谱带归宿

4.2.2 扫描电镜分析

4.3 PSAF+CTS复合絮凝剂对不同废水的絮凝效果

4.3.1 濆江河水

4.3.2 生活污水

4.3.3 畜禽粪水

4.3.4 造纸废水

4.3.5 重金属废水

4.3.6 絮凝效果分析

4.3.7 絮凝机理初探

4.4 PSAF+CTS复合絮凝剂与不同絮凝剂絮凝效果对比分析

4.4.1 各指标去除效果对比

4.4.2 各絮凝剂絮凝实验现象分析

4.4.3 各絮凝剂絮凝性能对比

4.5 絮凝处理后水中残余Al3+与SiO2 的测定

5 经济效益分析

6 结论

7 有待进一步研究的问题

参考文献

致谢