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变性淀粉废水利用微电解芬顿处理

时间:2017-12-09

变性淀粉废水利用微电解芬顿处理

随着水资源的紧缺和水环境污染的加剧。近年来工业水处理技术有了很大的发展.目前的技术主要有化学法、物理法、物理化学法等和各种方法的集成组合.大都少不了用到化学方法即投加药剂,因为它是一种处理工艺简单,占地面积少,处理速度快。处理成本相对较低的成熟方法。而改性淀粉水处理剂作为天然高分子碳水化合物改性而得的水处理剂,它对环境无毒无害,且其处理残渣易被微生物降解。因此,不会对环境造成二次污染.有着广阔的应用前景。

1、变性淀粉作为絮凝剂的应用

天然高分子絮凝剂自7O年代以来已把研究重心转移到改性上。淀粉改性絮凝剂选择性大、无毒、价廉物丰、无毒、可降解,通过醚化、酯化、接枝共聚等化学改性.可以得到多种性能优异的变性淀粉。因具有良好的经济价值和社会价值而尤为引人注目。淀粉基天然高分子改性絮凝剂.亦属水溶性聚合物,有良好的水分散性,具有增稠作用。它不仅通过自身的粘度增加水相的粘度.并可以和水中的分散相,水中其它高分子化合物发生作用。导致增稠效果。由于它属环境新材料。在涂料、粘合剂、采油、食品工业中都有很大的现实应用价值。淀粉基接枝共聚天然高分子改性絮凝剂可分为非离子型、阳离子型、两性絮凝剂。

1.1、非离子淀粉改性絮凝剂

非离子淀粉改性絮凝剂可以去除水中的无机质颗粒或无机一有机质混合体系,pH值适用范围较宽。不受金属离子的影响。是通过聚合物高分子的长链把污水中的许多细小颗粒或油珠吸附后缠在一起而形成架桥,是一种絮凝能力非常强的絮凝剂。

1.2、阴离子淀粉改性絮凝荆

考虑污水悬浮物及胶体污染物的特性.阳离子污染物的清除和天然高分子本身特有的优良性质.以及现在新型絮凝剂大多数是非离子型絮凝剂.近几年.以淀粉为基材的阴离子天然高分子絮凝剂得到了国内外的广泛关注。阴离子淀粉絮凝剂种类较多,主要有淀粉磷酸酯、淀粉黄原酸酯和羧甲基淀粉。可以作为鱼类加工厂废水、屠宰场废水、发酵工厂废水、纸浆废水、金属废水、泥浆的絮凝剂。还可以作为浮游选矿的沉降剂.回收铝矿石中的铝。沉降煤矿洗煤废水中的煤粉。研制的磷酯淀粉絮凝剂.对废纸脱墨和精细化工厂的工业废水进行处理,收到明显的效果,并探讨了磷酸酯淀粉处理黑液和精细化工厂废水的最佳条件。

1.3、阳离子淀粉絮凝剂

阳离子淀粉是胺类化合物与淀粉分子的羟基在碱催化作用下反应生成的醚化淀粉衍生物阳离子淀粉按其阳离子性强度的不同可以分为季铵盐阳离子淀粉、叔胺盐阳离子淀粉、仲胺盐阳离子淀粉、伯胺盐阳离子淀粉等。其中重点用于絮凝剂的是季铵盐阳离子淀粉。阳离子淀粉可与水中微粒起电荷中和吸附桥架作用,使体系中的微粒脱稳、絮凝,从而除去水中悬浮固体.降低水的浊度。

以淀粉为基本原料.通过化学改性研制出季铵盐型有机阳离子改性高分絮凝剂.对高岭土悬浊液有良好的絮凝除浊效果。在投加量4mg/L时。处理水上清液余浊度只有3.2ntu。比较实验结果,表明自制季铵盐型有机阳离子改性高分子絮凝的絮凝性能优于聚丙烯酰胺PAM。这是由于季铵盐型有机阳离子改性高分子絮凝剂仅具有桥联作用.而且因电荷中和能力强.使得颗粒间产生广泛的局部接触絮凝,而导致絮凝沉降速度快,絮体密实。而用聚丙烯酰胺PAM时虽产生的絮团较粗大.因过大的絮团结构会降低絮团的密度和强度.因而导致聚丙烯酰胺PAM的沉降速度不如自制季铵盐型有机阳离子改性高分子絮凝剂的快。

1.4两性淀粉絮凝剂

水溶性两性高分子是指在高分子链节上同时含有正、负两种电荷基团的水溶性高分子,与仅含有一种电荷的水溶性阴离子或阳离子聚合物相比.性能较为独特,可用作絮凝剂、污泥脱水剂和金属离子吸附剂等。用作絮凝剂的两性高分子因具有适用于阴、阳离子共存的污染体系、适用的pH值范围宽及抗盐性好等特点,成为国内外的研究热点。在处理污水时不仅可以利用淀粉的半刚性链和柔性支链将污水中悬浮的颗粒通过架桥作用絮凝沉降下来,絮体较大,沉降速度快,絮体密实,而且因其带有的极性基团.又可以通过化学和物理作用降低污水中的COD、BOD负荷。其阳离子则可以捕捉水中的有机悬浮杂质.阴离子则可以促进无机悬浮物的沉降。可以处理许多其他絮凝剂难以处理的水质较复杂的污水。特别对污泥脱水,不仅有电性中和、吸附桥联作用,而且有分子间的缠绕包裹作用,使处理的污泥颗粒粗大,脱水性好,即使是对不同性质的不同腐败程度的污泥也能发挥较好的脱水助滤作用。

2、变性淀粉作为吸附剂的应用
天然聚糖类高分子具有来源广泛、易获得、易降解等特点.所以对其改性的研究及应用逐渐增多其改性方法主要是利用合成的或天然的聚糖高分子,通过高分子化学反应,引入具有吸附功能的侧基来合成高分子吸附剂。淀粉基重金属离子吸附剂可以分为两性淀粉吸附剂、阴离子淀粉吸附剂、接枝淀粉吸附剂、中性淀粉吸附剂、阳离子吸附剂等,以下将分别介绍。

2.1、两性淀粉吸附剂

所谓的两性淀粉吸附剂是指同时将阴、阳离子基团引入到淀粉葡聚糖分子链上。常用的阴离子基团有磷酸酯基、羧基等.常用的阳离子基团有叔胺基、季铵基等。两性基团的引入可以使离子交换、螯合等吸附作用方式同时发生.与单一基团的改性淀粉相比大大提高了吸附量。研究结果表明吸附过程与浓度相关而且是吸热的.并遵循Langmuir吸附等温式,吸附容量随着取代基的增加而提高。吸附了重金属离子的两性淀粉,可再生,重复使用。

2.2、阴离子淀粉吸附剂

由于大部分金属离子都是以阳离子的形式存在的。所以阴离子淀粉对于重金属离子的去除有很好的效果。常用的阴离子基团有磷酸酯基、羧基、磺酸酯基等。

Kim和Lim先用POC13制备出交联淀粉.然后再制备出DS在0.02~0.08之间的交联羧甲基淀粉.并研究其对二价金属离子的吸附.发现吸附量随着取代度的增大而升高.吸附的金属离子可以在弱酸的条件下脱附。四川大学的刘明华等研究了羧甲基淀粉对Cr(III)、AI(III)的吸附圆,也发现了同样的规律。钱欣等研究了淀粉黄原酸酯对于重金属离子的吸附.结果表明淀粉黄原酸酯的制备条件、用量及重金属离子的浓度对吸附性能有重要影响.吸附剂的吸附容量可达到4mmol/g左右。Kweon等制备了不同取代度的氧化淀粉琥珀酸酯.并研究了它们对二价金属离子的吸附.发现琥珀酸淀粉酯对于吸附铅离子非常有效.而氧化淀粉对于吸附铜离子非常有效.吸附均遵循Langmuir吸附等温式。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

2.3、阳离子淀粉吸附剂

重金属离子如Cr(VI1也可以以阴离子的形式出现在水溶液中.因此带季铵基阳离子基团的阳离子淀粉也可以吸附重金属离子。Xu等人研究了交联阳离子淀粉对于CrfVI1的吸附嘲,发现吸附可以在很短的时间内达到平衡,吸附量随着取代度的增加而增加.吸附资料遵循Langmuir吸附等温式。

2.4、非离子淀粉吸附剂

引入氨基、醛基等活性基的改性淀粉吸附剂称之为非离子淀粉吸附剂。这类吸附剂一般靠螯合来吸附重金属离子。Para制备出30%的二醛淀粉,并研究它对一系列金属离子的螫合作用婀。Khalil制备了一系列含氨基的改性淀粉,并研究它们对重金属离子的螯合作用同。发现这类螫合剂的吸附能力随着氮含量的变化有一个最大值.然后开始下降。相波[Sl、Li等人研究了交联氨基淀粉对于Cu(II)的吸附,发现吸附是吸热的并遵循Freundlich吸附等温式。

2.5、接枝淀粉吸附剂

通过接枝引入淀粉骨架中带活性基的高分子链可以大大提高淀粉的吸附量。Zhang等详细研究了含氨基的水不溶淀粉接枝共聚物对于CufII1和Pb(II)的吸附埘,研究表明吸附2小时便可以达到吸附平衡,吸附遵循Langmuir吸附温式;当淀粉接枝达到60%时.从Langmuir吸附等温式中得到的饱和吸附量对Pb(II)为2.09mmol/g,对Cu(II)为2.12mmoVg。Khalil制备出丙烯酸接枝淀粉。发现它对二价金属离子具有很好的吸附效果.吸附量随着羧基的增加而增大周国平研究了水不溶性羧基淀粉接枝聚合物去除电镀废水中Cr0II)和Cd(II)的效果及pH值对去除效果的影响,并对其吸附机理进行了探讨。

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