浓缩生物絮凝剂的改性研究

论文摘要

复合型生物絮凝剂（compound flocculant,简称CBF）以其无毒、廉价、生物降解性高、水溶性好等显著特点受到广泛关注,但稳定性差是它的一个致命弱点。化学絮凝剂聚丙烯酰胺因其优良的稳定性和絮凝性能而被广泛应用于水处理领域。本文通过将CBF和阳离子聚丙烯酰胺剂进行接枝共聚,提高了CBF的稳定性。本文从工业化的角度出发,选取两种阳离子聚丙烯酰胺:2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（简称DMC）型阳离子聚丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（简称DAC）型阳离子聚丙烯酰胺分别与复合型生物絮凝剂进行了接枝共聚。通过测定共聚后产物的絮凝率、污泥脱水率、浊度去除率对其水处理性能进行表征,通过红外光谱（FT-IR）对其结构进行表征,通过原子力显微镜（AFM）、高倍光学显微镜测定其微观形貌,从而对其絮凝机理进行探讨。通过对偶氮、过硫酸铵、二甲氨基丙腈、四甲基乙二胺等四种引发剂单一引发及复配引发的研究,分别确定了DMC、DAC体系中与复合型生物絮凝剂CBF接枝共聚所需要的最佳投药量。此外还研究了这两个体系中接枝共聚的最佳温度和最佳pH。研究表明:（1）无论是单一引发剂还是复配引发剂,均存在一最佳投药量,引发剂加入过多容易发生交联,影响水溶性;引发剂加入过少,不易凝胶;（2）在DMC体系中,最佳的引发体系为1g·L-1过硫酸铵+2g·L-1二甲氨基丙腈+1g·L-1偶氮;在DAC体系中,最佳的引发体系为4g·L-1偶氮+1g·L-1过硫酸铵+4g·L-1四甲基乙二胺;（3）在DMC体系中链转移剂甲酸钠的最佳用量为0.2g·L-1;在DAC体系中链转移剂甲酸钠的最佳用量为0.4g·L-1;（4） DMC体系反应的最佳温度为35℃,DAC体系反应的最佳温度均为室温;最佳pH均为68。使用原子力显微镜、高倍光学显微镜对CBF及改性后CBF的微观形貌进行观察,同时结合红外光谱的测试结果,运用电中和机理、吸附架桥机理简单的探讨了接枝共聚产物的絮凝性能稳定性、污泥脱水率及浊度去除率得到很大提升的原因。但这些效果得到提升的机理还有待于进一步探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.1.1 我国的水资源概况与水环境
• 1.1.2 水处理方法简述
• 1.1.3 絮凝法
• 1.1.4 研究的目的及意义
• 1.2 絮凝剂
• 1.2.1 絮凝剂的定义
• 1.2.2 絮凝剂的分类
• 1.2.3 生物絮凝剂
• 1.3 微生物絮凝剂的研究现状
• 1.3.1 微生物絮凝剂产生菌的选育
• 1.3.2 微生物絮凝剂絮凝机理和絮凝效果
• 1.3.3 微生物絮凝剂的絮凝性能的影响因素
• 1.3.4 微生物絮凝剂的提取和纯化
• 1.3.5 我国絮凝剂的开发工作
• 1.4 本论文的研究目的及主要内容
• 第2章 实验材料及方法
• 2.1 实验药品及仪器设备
• 2.1.1 实验所用药品
• 2.1.2 实验所用的仪器设备
• 2.2 实验原理
• 2.2.1 P（DMC-AM）合成原理
• 2.2.2 P（DAC-AM）合成原理
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 CBF的制备
• 2.3.2 CBF的改性
• 2.4 性能测试及结构表征
• 2.4.1 混凝实验测定絮凝率
• 2.4.2 污泥实验测定污泥脱水率
• 2.4.3 浊度去除率的计算
• 2.4.4 分子量的计算
• 2.4.5 产物溶解性的测定
• 2.4.6 产物热稳定性的测定
• 2.4.7 红外扫描分析
• 2.4.8 AFM测定
• 2.4.9 高倍光学显微镜测定
• 第3章 P（CBF-DMC-AM）的合成及其絮凝性能研究
• 3.1 引言
• 3.1.1 CBF的微观形貌
• 3.1.2 聚丙烯酰胺合成的影响因素
• 3.2 AM体系中合成的引发剂
• 3.2.1 偶氮引发剂
• 3.2.2 过硫酸铵引发剂
• 3.2.3 二甲氨基丙腈引发剂
• 3.2.4 四甲基乙二胺引发剂
• 3.3 DMC+AM合成聚丙烯酰胺
• 3.3.1 聚合机理
• 3.3.2 引发剂的确定
• 3.3.3 温度对P（CBF-DMC-AM）合成的影响
• 3.3.4 pH对P（CBF-DMC-AM）合成的影响
• 3.3.5 P（CBF-DMC-AM）的性能测试及结构表征
• 3.4 本章小结
• 第4章 P（CBF-DAC-AM）的合成及其絮凝性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 聚合机理
• 4.3 工艺条件的确定
• 4.3.1 主盐浓度比的确定
• 4.3.2 引发剂的优选
• 4.3.3 链转移剂甲酸钠的影响
• 4.3.4 温度对P（CBF-DAC-AM）合成的影响
• 4.3.5 pH对P（CBF-DAC-AM）合成的影响
• 4.4 P（CBF-DAC-AM）的性能测试及结构表征
• 4.4.1 P（CBF-DAC-AM）絮凝率的测定
• 4.4.2 P（CBF-DAC-AM）污泥脱水率的测定
• 4.4.3 P（CBF-DAC-AM）浊度去除率的测定
• 4.4.4 P（CBF-DAC-AM）分子量的计算
• 4.4.5 P（CBF-DAC-AM）溶解性的测定
• 4.4.6 P（CBF-DAC-AM）热稳定性的测定
• 4.4.7 P（CBF-DAC-AM）红外扫描分析
• 4.4.8 P（CBF-DAC-AM）光学显微镜观察微观形貌
• 4.5 本章小结
• 第5章 改性CBF絮凝机理的探讨
• 5.1 引言
• 5.2 絮凝科学基础理论
• 5.2.1 DLVO理论
• 5.2.2 压缩双电层作用机理产生絮凝
• 5.2.3 吸附架桥作用
• 5.2.4 卷扫网捕作用
• 5.3 改性CBF的絮凝机理
• 5.3.1 吸附架桥理论解释
• 5.3.2 卷扫网捕理论解释
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢