高分子重金属絮凝剂CSAX对铅锌废水处理的研究

发布时间：2019-08-24 19:11

【摘要】：本文以玉米淀粉为基体发生交联反应、接枝共聚反应以及磺化反应,生成具有除浊和去除重金属离子双重功能的新型絮凝剂交联淀粉-聚丙烯酰胺-黄原酸酯(Crosslinked Starch-graft-poly Acrylamide-co-sodium Xanthate,简称CSAX)。用FTIR光谱、电子扫描电镜、X射线能量色散谱仪对CSAX进行表征。用CSAX对实验配制的含铅和含锌水样以及铅锌冶炼厂工业废水进行絮凝实验,证明CSAX对铅锌废水有很好的处理效果。论文研究包括以下几方面内容:(1)研究了CSAX的分子结构及其形态,并将其应用于铅锌废水的处理中。研究了CSAX对实验室配制铅锌废水的絮凝作用,以及水样pH值、浊度、重金属离子浓度及共存离子对Pb~(2+)和Zn~(2+)去除率的影响。实验表明,CSAX对实验室配水中Pb~(2+)的去除率达99%,除Zn~(2+)率可达83%。pH值对Pb~(2+)和Zn~(2+)去除率均有显著影响,pH7的情况下,pH值越高,CSAX对Pb~(2+)、Zn~(2+)去除率越高。浊度在一定情况下,可以促进CSAX对Pb~(2+)和Zn~(2+)的去除率。Pb~(2+)和Zn~(2+)主要和CSAX上的活性基团发生配位反应,所以Pb~(2+)(Zn~(2+))和CSAX之间存在化学计量关系;水样中Pb~(2+)(Zn~(2+))的初始浓度越大,只要有足够的CSAX,Pb~(2+)(Zn~(2+))和CSAX结合的概率越大,越容易被去除。水中的碱金属和碱土金属不会和Pb~(2+)、Zn~(2+)竞争絮凝剂CSAX;配位能力弱的阴离子不会影响CSAX和Pb~(2+)、Zn~(2+)的螯合反应;EDTA对CSAX去除Pb~(2+)有较强的抑制作用,腐殖酸在CSAX投加量低时对除铅率有有很强的促进作用。共存离子对除锌率的影响很小。(2)在单因素实验基础上,用中心组合设计(central composition design,CCD)响应面法优化了CSAX去除配水中Pb~(2+)的条件、用Box-Behnken设计响应面法优化了除Zn~(2+)的条件。响应面优化后模型拟合度高,回归显著。实验验证说明响应面优化分析CSAX去除水中Pb~(2+)、Zn~(2+)具有可靠性。(3)基于CSAX对配水中Zn~(2+)去除率较低,实验采用强化混凝的方法,在絮凝实验时投加改性凹凸棒土作为助凝剂,促进水中Zn~(2+)去除率。研究了制备改性凹凸棒土作为助凝剂的最佳条件,响应面优化了强化混凝条件。实验证明适量改性凹凸棒土作为助凝剂可以将除锌率从81%提高到89%。(4)研究了CSAX对实际工业废水的去除效果,对于铅锌冶炼厂微污染工业废水,一次絮凝实验就可以使得出水重金属浓度达标;对于重金属含量较高的工业生产废水需要多级絮凝实验使得出水达标。(5)对CSAX-Pb以及CSAX-Zn絮体形态研究表明,絮体的形态及结构极不规则、絮体形成具有分形特征。研究了絮体的特征、重金属去除率以及分形维数间的关系,分析了CSAX投加量、pH值以及重金属离子浓度对絮体形态、分形维数的影响。结果表明最佳投药量、最佳pH值、以及合适的重金属离子浓度时,絮体形态最不规则、比表面积最大、孔隙最多,分形维数最大,去除率相应最高。(6)研究了CSAX-Pb以及CSAX-Zn絮体的稳定性,以及从其中回收重金属的可行性。表明CSAX-Pb以及CSAX-Zn絮体在水中相当稳定,不会造成二次污染;用强酸浸泡絮体,重金属浸出率达80%,说明絮体中回收重金属是可行的。
【图文】：

示意图,交联淀粉,示意图,化学试剂

2.1 实验材料、仪器玉米淀粉（食品级，市面零售）；环氧氯丙烷 EPI(AR,天津化学试剂厂)；丙烯酰胺AM(AR,上海化学试剂厂)；硝酸铈铵 CAN(AR,北京化学试剂公司)；丙酮，硝酸铅，硫酸锌等（CR，上海化学试剂厂）；JB-2 型恒温磁力搅拌器（上海雷磁新泾仪器有限公司）；SEM：JSM-5600LV 低真空扫描电子显微镜（日本电子光学公司）；EDS：X 射线能量色散谱仪（美国 Kevex 公司）；红外光谱分析：FTLA2000-104 傅立叶红外光谱仪2.2 合成原理在弱碱环境下，，环氧氯丙烷（EPI）分子上的官能团和玉米淀粉的醇羟基反应生成二醚键和酯键，环氧氯丙烷起交联作用和玉米淀粉发生交联反应生成交联淀粉（CSt）交联反应使淀粉分子之间“架桥”生成空间结构复杂的大分子，故交联淀粉比淀粉的分子链大，膨胀度低，抗剪切度强，对酸碱热更稳定。交联淀粉合成的反应示意图见图 2.1

红外光谱图,红外光谱,黄原酸基

图 2.2 CSAX 的 FTIR 红外光谱查阅淀粉的 FTIR 的特征吸收光谱图和 CSAX 对比发现光谱图上许多变化，所以键合已经发生变化。由图 2.2 可知，谱线上在 889cm-1处有黄原酸酯变形振荡吸收峰，说明 CSAX 分子上有黄原酸基。在 1067cm-1处出现脂肪族黄原酸基对称伸缩振动峰，在1640cm-1处出现酰胺基的变角振动吸收峰，1768cm-1处出现羧基（ COO-）伸缩振动峰，证明 PAM 引入到了交联淀粉上[58]。2.4.2 扫描电镜分析（SEM）将 CSAX 样品喷金并置于样品台，用低真空扫描电子显微镜观察表面结构，放大不同倍数的电镜照片如图 2.3 和 2.4。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703

【参考文献】