新型高分子脱色剂对水溶性染料的脱色性能及作用机理研究

摘要

染料废水量大面广、污染严重，属难处理的工业废水之一。絮凝法是染料废水处理中经常采用的方法，但无机絮凝剂对水溶性染料废水的脱色效果一般较差，因此合成高分子脱色絮凝剂的研制与开发一直是水处理领域的热点之一。本文合成了阳离子高分子絮凝剂P(AM-DMC)，以烧杯实验法研究了其对水溶性阴离子染料废水的脱色性能，并运用红外光谱、拉曼光谱、可见吸收光谱、电荷量分析以及平衡渗析等方法，从能量相互作用和疏水相互作用的角度，在分子水平上探讨了P(AM-DMC)与染料间的作用机理。在以上研究的基础上，将能与染料发生强烈作用的季铵盐基团接到无毒无害、可生物降解的壳聚糖微球上，从吸附平衡和吸附动力学两方面探讨了季铵化壳聚糖微球对几种水溶性染料的吸附性能，研究了其吸附模型和吸附机理。论文的研究工作已得到的主要结论如下： 本文通过自由基聚合法合成了一系列不同结构参数的P(AM-DMC)，其对染料的絮凝脱色实验结果表明，絮凝剂的特性粘数及分子链上电荷分布均匀性对脱色效果的影响较小，而阳离子度则是影响脱色效果的重要因素。当阳离子度大于52％时，絮凝剂能够有效去除水中的各种染料，而且随着阳离子度升高絮凝剂最佳用量逐渐减小，表明电荷中和在絮凝脱色过程中起着重要作用。 P(AM-DMC)对染料的脱色效果还与染料结构、溶液pH、外加无机盐等因素有关。染料分子中阴离子基团数目、疏水基团的大小等结构因素对絮凝剂最佳用量和最大脱色率都有较大影响；在弱酸性及中性条件下，P(AM-DMC)对实验中的大多数水溶性染料都具有良好的脱色效果，并能除去染料溶液中的大部分CODCr；无机盐的存在使絮凝剂最佳用量增大、脱色率降低、有效絮凝剂用量范围变宽了。 利用红外光谱、拉曼光谱、可见吸收光谱、平衡渗析法等技术和方法对絮凝剂与染料之间作用机理的研究结果表明：从能量相互作用的角度看，在絮凝过程中，絮凝剂分子侧链上的—N+(CH3)3基团与染料分子中的—SO3-基团发生了化学反应，同时也形成了少量分子间氢键，通过这些能量作用使絮凝剂与染料分子生成不溶性的染料铵盐大分子，从而使染料转变为胶体状态，再经电荷中和、吸附架桥、网捕等作用而被絮凝除去。综合来看，絮凝剂与染料分子之间既有能量相互作用，也有非极性基团之间的疏水相互作用，部分染料还存在协同相互作用。 一般来说，染料分子中磺酸基团和疏水基团越多，疏水基团的体积越大，与絮凝剂分子的键合程度就越大，脱色效果也越好。分子中含有金属络合离子或体积较大的蒽醌环的染料协同地键合到聚合物上的趋势更大。 与未改性的壳聚糖微球相比，以3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵改性后的交联壳聚糖微球对染料的吸附量显著提高了，且有更宽的pH使用范围。季铵化壳聚糖微球对染料的吸附量与染料的分子结构及相对分子量有关。一般来说，酸性和活性染料的吸附量大于直接染料，同类染料中染料的相对分子量越小吸附量越高。 季铵化壳聚糖微球对酸性媒介黑PV(PV)、活性艳红X-3B(X-3B)和直接深棕M(DM)的吸附平衡及吸附动力学的研究表明：季铵化壳聚糖微球对三种染料的吸附都很好地符合Langmuir吸附等温式，20℃及相应pH下，PV、X-3B和DM的理论饱和吸附量分别为2129mg/g、1790.8mg/g及563.3mg/g。X-3B和PV的吸附动力学模型可用表观二级动力学方程描述，吸附过程的吸附速率是受化学吸附控制的；而DM的吸附行为更符合粒子内扩散模型，粒子内扩散速率是影响吸附速率的主要因素。 染料初始浓度、温度、溶液pH均影响染料在季铵化壳聚糖微球上的吸附量。染料初始浓度越大，吸附量越大；X-3B和DM的吸附量随温度升高而增大，是吸热过程(△H0＞0)，而PV的吸附量随温度升高先增大后减小；溶液pH对染料吸附量有很大影响，表明吸附主要是通过季铵化壳聚糖微球与染料间的静电相互作用完成的。

目录

文摘

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第一章引言

第二章高分子絮凝剂P(AM-DMC)的合成与表征

第三章高分子絮凝剂P(AM-DMC)对水溶性染料的絮凝脱色

第四章P(AM-DMC)与染料的作用机理探讨(一)

第五章P(AM-DMC)与染料的作用机理探讨(二)

第六章季铵化壳聚糖微球的制备与表征

第七章季铵化壳聚糖微球对水溶性染料的吸附脱色

第八章结论

致谢

参考文献

个人简介、在学期间发表的学术论文与研究成果