CTS-PFS復(fù)合型絮凝劑對(duì)印染廢水的脫色研究*

吳舒燕，陳玉瓊，馬騰香，邱曉萍，莊凰龍

( 寧德師范學(xué)院，福建寧德352100)

殼聚糖(chitosan，CTS)為甲殼素脫乙酰基的產(chǎn)物，它在自然界中的資源十分廣泛，并且無(wú)毒副作用，不會(huì)帶來(lái)新的污染，是一種新型的有機(jī)高效高分子絮凝劑［1－2］。但其也有一定的缺點(diǎn)，如價(jià)格高、作用窄，所以不易推廣使用。聚合氯化鐵(PFS)是一種無(wú)機(jī)高分子絮凝劑，它對(duì)低溫高濃度廢水絮凝效果好，而且它可以避免Al3+對(duì)人體和環(huán)境造成的危害，但由于投加量較大也不易推廣使用。由于天然有機(jī)和無(wú)機(jī)高分子絮凝劑各自存在的優(yōu)缺點(diǎn)，如能將兩者結(jié)合起來(lái)，可以避免各自的缺點(diǎn)。Svetlana Bratskaya［3］研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖鹽酸鹽和殼聚糖谷氨酸鹽在加入適量的Fe3+，絮凝效果會(huì)明顯增強(qiáng)。說(shuō)明無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合絮凝劑存在著協(xié)同促進(jìn)作用。本實(shí)驗(yàn)將CTS 與PFS 結(jié)合起來(lái)制成高效環(huán)保的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合絮凝劑用于印染廢水的處理，處理結(jié)果令人滿意，有一定的推廣空間。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要實(shí)驗(yàn)儀器與藥品

722 分光光度計(jì);恒溫磁力攪拌器;雷磁pH 酸度計(jì);烏式粘度計(jì);真空干燥箱;FeSO4·7H2O;丙三醇;濃硫酸;無(wú)水乙酸鈉;雙氧水;殼聚糖(自制);活性艷藍(lán)KN-R;署紅Y。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 CTS-PFS 的制備

將硫酸亞鐵用水溶解與丙三醇一起置于燒杯中，在60℃的恒溫磁力攪拌水浴中加熱，用滴管滴加0.6mL 的濃硫酸和3mL 水，反應(yīng)0.5h，在攪拌條件下緩慢滴加0.5mol·L－1的乙酸鈉溶液，調(diào)節(jié)pH值繼續(xù)攪拌0.5h。再加入一定量的殼聚糖，攪拌分散成均相、有穩(wěn)定均一的膠體生成。

1.2.2 絮凝燒杯實(shí)驗(yàn)

在燒杯中加入100mL 模擬印染廢水(由活性艷藍(lán)KN-R 和署紅Y 配制)，用鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH 值，快速攪拌30s，然后加入一定濃度的CTS-PFS復(fù)合絮凝劑溶液，先中速攪拌60s、使絮凝劑分散均勻，再慢速攪拌90s、靜止絮凝，取上清液在最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)吸光度，計(jì)算脫色率。脫色率=［(A0－A)/A0］×100%，式中A0為絮凝模擬印染廢水的吸光度，A 為絮凝劑處理后模擬印染廢水的吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 CTS，PFS，CTS-PFS 絮凝劑脫色效果比較

實(shí)驗(yàn)條件設(shè)定絮凝溫度為25℃，溶液pH 值為5，絮凝時(shí)間20min，絮凝劑用量為100mg/L，考查不同絮凝劑對(duì)模擬印染廢水脫色率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

表1 不同絮凝劑的脫色效果比較Table 1 Comparison of different flocculant decolorization effect

由表1 可知，單純的CTS 和PFS 絮凝劑脫色率沒(méi)有CTS-PFS 脫色率高，這可能是因?yàn)镻FS 為無(wú)機(jī)絮凝劑，在水中可水解生成大量正電荷和無(wú)機(jī)高分子聚合物，這些正電荷可以中和染料分子中的負(fù)電荷，使得染料分子呈電中性，進(jìn)而促使CTS 易于接近染料分子并吸附生成較大的絮凝體使得體系脫色率提高。并且PFS 中的鐵可以和CTS 中有孤對(duì)電子的氮氧原子形成分子內(nèi)或分子間的橋式配合物［4］，實(shí)現(xiàn)了無(wú)機(jī)有機(jī)協(xié)同促進(jìn)作用，大大加強(qiáng)了CTS-FPS 絮凝劑的絮凝能力。

2.2 pH 值對(duì)脫色率的影響

實(shí)驗(yàn)條件設(shè)定絮凝溫度為25℃，絮凝時(shí)間20min，CTS-FPS 絮凝劑用量為100mg/L，考查不同pH 值下絮凝劑對(duì)模擬印染廢水脫色率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1 所示。

由圖1 可知，pH 值在5 時(shí)脫色率最好，大于5或小于5 脫色率均下降，pH 值低時(shí)脫色率不高可能是在酸性條件下，CTS 中的的氨基與氫離子結(jié)合生成，而此時(shí)模擬染料廢水中的磺酸根和氨基也會(huì)結(jié)合氫離子使其帶上正電荷不能與CTS 發(fā)生作用，降低脫色率。而隨著pH 值的升高，模擬印染廢水負(fù)電荷會(huì)增加，可以和CTS 中的發(fā)生靜電吸引作用，降低膠體表面Zeta 電位［5］，使膠體脫穩(wěn)并形成體積較大的絮體而沉淀從而提高了脫色率，并且在pH 值升高過(guò)程中，體系中的羥基會(huì)增多，使的PFS 可以形成大量的和等羥基離子和聚羥基離子，大量聚合度高的聚羥基陽(yáng)離子與帶有負(fù)電荷的染料離子發(fā)生電中和及壓縮雙電層作用，這些作用能使染料分子發(fā)生聚沉，提高脫色率。當(dāng)pH 值進(jìn)一步上升，CTS中的氨基和羥基會(huì)因?yàn)闅滏I作用而使自身發(fā)生卷曲聚集，使吸附能力下降脫色率下降。而PFS 也會(huì)因?yàn)榱u基的進(jìn)一步增多使得使得帶正電的羥基離子轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3膠體和［Fe(OH)4］－等一系列不帶電或帶負(fù)電的羥基化合物，這些水解產(chǎn)物不能起到電中和及壓縮雙電層的作用，因此絮凝效果不好，脫色能力下降。本實(shí)驗(yàn)選取pH 值為5 為實(shí)驗(yàn)最佳條件。

圖1 pH 值對(duì)脫色率的影響Fig.1 Effect of pH on the decolorization rate

2.3 CTS-PFS 投加量對(duì)脫色率的影響

實(shí)驗(yàn)條件設(shè)定絮凝溫度為25℃，溶液pH 值為5，絮凝時(shí)間20min，考查CTS-PFS 投加量對(duì)模擬印染廢水脫色率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2 所示。

由圖2 可知，CTS-PFS 投加量在150mg/L 時(shí)，脫色率最大，高于或低于150mg/L 脫色率均下降，這可能是因?yàn)樾跄齽┩都恿枯^少時(shí)，絮凝劑無(wú)法完全吸附模擬印染廢水中的膠粒而使得脫色率下降，而當(dāng)絮凝劑投加量太多時(shí)，模擬印染廢水中的膠粒有可能被高分子絮凝劑包圍在內(nèi)部，使染料分子更加穩(wěn)定，造成脫色率下降。本實(shí)驗(yàn)選取CTS-PFS 最佳投加量為150mg/L。

圖2 投加量對(duì)脫色率的影響Fig.2 Effect of dosage on the decolorization rate

2.4 絮凝時(shí)間對(duì)脫色率的影響

實(shí)驗(yàn)條件設(shè)定絮凝溫度為25℃，溶液pH 值為5，CTS-PFS 投加量150mg/L，考查絮凝時(shí)間對(duì)模擬印染廢水脫色率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示。

圖3 絮凝時(shí)間對(duì)脫色率的影響Fig.3 Effect of flocculation time on decolorization rate

由圖3 可知，絮凝時(shí)間在10min 到25min 范圍內(nèi)，脫色率逐漸升高，這說(shuō)明這段時(shí)間內(nèi)，絮凝體在不斷長(zhǎng)大，絮凝時(shí)間超過(guò)25min 后，脫色率幾乎不變，說(shuō)明絮凝體已長(zhǎng)到最大并且很穩(wěn)定，考慮到效率，選擇25min 為本實(shí)驗(yàn)最佳反應(yīng)時(shí)間。

2.5 絮凝溫度對(duì)脫色率的影響

實(shí)驗(yàn)條件設(shè)定，溶液pH 值為5，CTS-PFS 投加量150mg/L，絮凝時(shí)間25min，考查絮凝溫度對(duì)模擬印染廢水脫色率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4 所示。

由圖4 可知，在15℃～30℃范圍內(nèi)，脫色率隨絮凝溫度的上升而上升，30℃后脫色率反而下降。這可能是因?yàn)楫?dāng)溫度較低時(shí)，布朗運(yùn)動(dòng)減弱，分子間的碰撞幾率下降，所以脫色率下降，而當(dāng)溫度太高時(shí)，會(huì)造成CTS-PFS 與染料分子解吸，使得脫色率下降。本實(shí)驗(yàn)選取30℃為最佳絮凝溫度。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，CTS-PFS 對(duì)模擬印染廢水脫色率可以達(dá)到91.7%。

圖4 絮凝溫度對(duì)脫色率的影響Fig.4 Effect of flocculation temperature on decolorization rate

3 結(jié)論

制備了高效的CTS-PFS 有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合絮凝劑，該絮凝劑結(jié)合了CTS 和PFS 的優(yōu)點(diǎn)，具有協(xié)同作用，將其用于模擬印染廢水的脫色處理，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，脫色率可以達(dá)到91.7%，有一定的應(yīng)用前景。

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