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基于聚硅酸金属盐-有机复合絮凝剂的制备及应用

发布时间:2020-10-19 16:17
   絮凝法是水处理领域最常用的经济有效的预处理方法之一。随着社会现代化不断发展,环境友好,性能高效的絮凝剂逐渐受到人们的青睐。在本课题中,主要研究了聚硅酸金属盐与有机复合絮凝剂在水处理领域的应用。分别制备了聚硅酸铝镁-阳离子聚丙烯酰胺(PSAM-CPAM)和聚硅酸铝钙-海藻酸钠(PSAC-SA)复合絮凝剂。在研究PSAM-CPAM絮凝剂以色度去除率和浊度去除率为评价指标,通过扫描电子显微镜,能谱及傅里叶红外光谱表征手段对絮凝剂及絮体的形貌结构,成键结构等进行分析;并通过Zeta电位分析对其絮凝机理进行深入探索。通过单因素变量实验对PSAM-CPAM的制备和絮凝条件进行优化,结果如下:PSAM-CPAM的最佳制备pH值为2.0、制备PSAM的温度为40℃、CPAM的聚合温度为50℃、铝和镁与硅的摩尔比为1.0、铝盐与镁盐的摩尔比为9:1时且絮凝水样pH值为7.0、水样温度25℃左右、沉降时间25分钟和投加量1.0 mL/L(PSAM和CPAM各0.5mL)条件下,通过分步絮凝的处理方法对松花江水进行絮凝,获得最大浊度去除率为98.8%,色度去除率98.4%,在絮凝过程中电荷中和,架桥吸附和共沉淀占据主导作用。PSAM-CPAM絮凝剂通过分步絮凝处理,不仅显著提高絮凝性能,而且避免了可能的二次污染,为有机絮凝剂的广泛应用提供了可能。在研究PSAC-SA絮凝剂以色度去除率和浊度去除率为评价指标,通过扫描电子显微镜,傅里叶红外光谱及X射线衍射表征手段对絮凝剂的形貌结构,成键结构等进行分析,并分别就其制备条件和絮凝条件进行优化,对絮凝机理进行深入探索。通过单因素变量实验对PSAC-SA的制备和絮凝条件进行优化,结果如下:PSAC-SA复合絮凝剂的最佳制备pH值为3.0,反应温度为40℃,铝和钙与硅的摩尔比为1.0,铝与钙的摩尔比为8:2,海藻酸钠与硅的质量比为0.04且絮凝水样pH值7.0,水温25℃,投加量1.0mL/L在此条件下制备并应用于松花江水,可实现最佳絮凝性能,浊度和色度去除率达98.8%和97.6%;在絮凝过程中,架桥吸附占据主导作用。PSAC-SA絮凝剂的原材料来源广泛,可生物降解,与聚硅酸金属盐复合可显著提高絮凝性能且绿色环保可持续发展。
【学位单位】:吉林化工学院
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2019
【中图分类】:TQ413
【部分图文】:

照片,聚硅酸铝,阳离子聚丙烯酰胺,絮凝


2.6 PSAM-CPAM 絮凝剂的结构表征2.6.1 扫描电子显微镜分析采用扫描电镜对絮凝剂和絮体的形貌结构进行分析,图2.3为PSAM、CPAM絮凝剂和絮体扫描电镜图像。图2.3 (a) 显示了PSAM颗粒表面光滑平整,无定形结构,有许多不规则的孔道清晰可见,密度较低。图2.3 (b)显示了CPAM颗粒表面光滑平坦,但零散、不规则,有较大的孔道。值得注意的是,在图2.3 (c) 中由PSAM和CPAM絮凝剂絮凝后所形成的絮体。絮体表面粗糙,凹凸不平,紧密的不规则的碎片结构,孔道缩紧。这种形貌结构的改变,主要是由于带负电的胶体颗粒首先被带正电的CPAM吸附,形成小的絮体;然后CPAM和PSAM絮凝剂进一步覆盖小絮体

红外谱图,聚硅酸铝,重分析,伸缩振动


)被 PSAM絮凝剂和 CPAM 絮凝剂作用后,经共沉淀作用被沉降。图2.4 聚硅酸铝镁PSAM(a)及PSAM和CPAM絮体的(b)的EDS元素比重分析2.6.3 傅里叶红外光谱分析如图2.5为PSAM、CPAM和PSAM-CPAM絮凝后絮体的红外光谱分析。在图2.5(a)所示为CPAM的红外谱图,在3434.86 cm-1处的吸收峰是由于游离的-NH2和聚集的-NH2键伸缩振动而引起的;1625.08 cm-1处的吸收峰代表CPAM中C-O的伸缩振动。-NH2,C-O的伸缩振动主要是由CPAM主链上的-CONH基团的不对称伸缩振动引起的[125]。在图2.5(c)所示为PSAM的红外谱图,在612.2 cm-1处的吸收峰是由Al-O-Si和Mg-O-Si键的

红外光谱图,阳离子聚丙烯酰胺,絮凝


-1左右处的吸收峰是Al-OH键和Mg-OH键表明聚硅酸与Al盐和Mg盐的羟基桥联作用。相比之下,在图2.5(b)所示,在C-N、Si-O、Al-O和Mg-O键的伸缩振动下,1625.08 cm-1和1090.80 cm-1处的吸收峰变宽。这些峰的存在证实了絮体具有PSAM和CPAM的复合杂化结构。图 2.5 阳离子聚丙烯酰胺(a)、PSAM 和 CPAM 絮凝后絮体(b)及聚硅酸铝镁(c)的红外光谱图2.7 PSAM-CPAM 絮凝剂的制备条件对絮凝效果的影响根据前期探索实验发现PSAM-CPAM絮凝剂处理松花江水具有一定的絮凝效果。为了实现高效絮凝,获得最大的除浊除色率,通过单因素实验法优化了制备pH、PSAM和CPAM制备温度、n(Al+Mg)/n(Si)及n(Al)/n(Mg)等因素,用除浊率和除色率为评价指标。2.7.1 制备 PSAM 絮凝剂的 pH 值影响一般来说,制备pH值是影响絮凝剂絮凝效率的关键性因素。因此,如图2.6所示探究了制备过程中pH值对絮凝效率的影响。保持n(Al+Mg)/n(Si)=1.0、n(Al)/n(Mg)=9:1、PSAM的制备温度40℃,CPAM的聚合温度为50℃不变的条件下
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本文编号:2847433

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