改性木质素助凝剂的制备与应用.pdf

第32卷第6期
华北水利水电学院学报
2011年12月
Journal of North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power
Dec. 201
文章编号:1002-5634(2011)06-0141-04
改性木质素助凝剂的制备与应用
邵坚,李玉
(华北水利水电学院,河南郑州450011)
摘要:木质素先经过二醛改性,进行羟醛缩合反应,再与自制季铵盐单体进行接枝反应,得到改性木质素
助凝剂,通过正交实验法,找到其最佳生产工艺,再与聚合氯化铁(PFS)进行复配,找到其最佳配比.结果表
明:当投加PFS的体积分数为0.15mL/L,助凝剂10mL、(0.1g/L),依次经过快搅拌(350r/min)3min,慢搅拌
(50r/min)15min,沉降30min后,能够起到很好的絮凝效果,助凝效果明显,絮体密实,沉降时间大大缩短,
浊度去除率达到95%,化学需氧量(COD)去除率达到83%
关键词:木质素;改性;助凝剂;复配
木质素是由聚合的芳香醇构成的一类物质,存85%,分析纯);环氧氯丙烷(天津市科密欧化学试
在于木质组织中,主要作用是通过形成交织网来硬剂开发中心,分析纯);木质素磺酸钠(中国派尼化
化细胞壁.在木本植物中,木质素占25%,是世界上学试剂厂,特定级);氢氧化钠(天津市德恩化学试
第2位最丰富的有机物(纤维素是第1位).其具有剂有限公司,分析纯);戊二醛中国派尼化学试剂
芳香族特征,主要为苯丙烷三维高分子网状结构,分厂,质量分数为50%,分析纯);三乙胺(天津市福晨
子中含有羟基、羧基、羰基等官能团,可发生烷基化、化学试剂厂,质量分数为99%,分析纯);甲醛(开封
酯化和酰化等反应.造纸工业排放的黑液中含有化学试剂厂,质量分数为40%,分析纯);二次
大量木质素,约占废液总量的20%,在自然条件下蒸馏水
很难降解,若不进行处理直接排放将对环境造成严1.2实验仪器
重污染.木质素类助凝剂自身的性能不很稳定,并且
分光光度计、恒温槽、搅拌机、红外光谱仪、散射
处理功能单一,所以如何更加有效地提高木质素絮浊度仪、化学耗氧量测定仪、pH计、温度计、恒温振
凝剂、助凝剂本身的化学稳定性,成为今后的研究趋
荡器、六联搅拌机
势之一.
利用木质素处理废水,既降低了木质素的污染,2改性木质素助凝剂的制备
又处理了废水.改性的木质素提高了木质素的分子
季赞盐单体的制备与反应
量,增大了其水溶性,增强了其吸附架桥能力和网捕
能力.高分子絮凝剂作为助凝剂,与无机等絮凝剂进
取一定量的三乙醇胺水溶液于三口烧瓶中,
行有效地复配是今后发展的必然趋势
口烧瓶置恒温水浴中,通冷凝水,加人环氧氯丙烷液
体,搅拌,调节适当的搅拌速度,控制反应时间.反应
1实验试剂与仪器设备
结束后,取少量的样品进行稀释,用稀HNO3调节
1.1主要实验试剂
H值至7.0,用少量K2Cr2O4溶液为指示剂,用经过
木质素(中国派尼化学试剂厂,エ业级);三乙标定准确浓度的AgNO。溶液滴定至出现砖红色沉
醇胺(天津市凯通化学试剂有限公司,质量分数为淀,滴加ANO3的量换算为溶液中游离?离子的
收稿日期:2011-10-09
基金项目:河南省教育厅自然科学研究计划项目(2010A560012
作者简介:邵坚(1956-),男,江苏盐城人,教授,主要从事污水处理理论与技术方面的研究
142
华北水利水电学院学报
2011年12月
浓度?,进而求出不同反应时间季胺盐单体的转化率.式投料
1)聚合反应.称取一定量的木质素放人三口瓶2.2.3接枝反应的最佳条件
中,加入一定量的二次蒸馏水,加装搅拌器和冷凝
影响接枝效率的因素有单体与木质素的物料配
管,放入恒温水浴中,调节至所需温度,加入定量的比、反应温度、反应时间、催化剂、搅拌速度]等,通
催化剂,搅拌后加入成二醛溶液,继续搅拌,即可得过正交实验,观察各不同反应产物的黏度,助凝效
到高分子木质素
果,其最佳反应条件为:投料比1.0:2.5,反应温度
2)接枝反应,取上述高分子木质素,放入三口70℃,反应时间3h,浓度为4mol/L的NaOH为催
瓶中,加入适量的二次蒸馏水,装上搅拌器和冷凝化剂,催化剂加入量10mL,搅拌速度500r/min.
管,放入恒温水浴中,調节至所需温度,加入一定量
木质素经过改性以后,分子量增大,同时引入了
催化剂,短时间搅拌后,加入自制季铵盐单体,继续大量的亲水集团(磺酸基、羟基),水溶性大大增强
搅拌,可得到改性木质素絮凝剂
分子结构中,同时具有阴离子集团(磺酸基),阳离
3)絮凝实验.在六联搅拌机中加入废水,搅拌子集团(季铵盐阳离子),大大增强了其吸附架桥、
过程中加入聚合铁无机絮凝剂与改性的木质素助凝网捕的作用.改性后生成木质素两性助凝剂,其助凝
剂,搅拌均匀,搅拌一定时间后,静置、取其上清液,效果见下面混凝实验
用分光光度计测定其吸光度,测算其沉降速度、浊
度、COD,并做对比实验
3混凝实验
2.2改性木质素的合成及最佳条件
选用目前技术较成熟、最稳定、最常用的聚合氯
2.2.1阳离子单体的合成
化铁作为主混凝剂
1)季铵盐单体的最佳合成条件.通过正交实3.1主混凝剂的絮凝效果
验,当三乙醇胺与环氧氯丙烷投料比(环氧氯丙烷3.1.1主混凝剂投加量对絮凝效果的影响
和三乙醇胺物质的量比)为0.7:1.0时,边搅拌边
在反应初期,絮凝剂起到对水中胶体颗粒物的
滴加环氧氯丙烷,滴加时间为30min,滴加完成后再电中和作用,在一定范围内,随着絮凝剂投加量的增
搅拌1h3
加,会产生吸附架桥作用,但加到一定浓度时,会产
2)反应时间的确定取少量K2Cr2O2溶液为指生胶体保护作用,导致胶体颗粒的表面变号,或者被
示剂,用经过标定准确浓度的AgNO溶液滴定至重新包围而复稳,反而会使水浊度变大.选用贾鲁河
出现砖红色沉淀,滴加AgNO。的量换算为溶液中游水作为实验对象,原水浊度为10.3NTU,每隔
离Cl离子的浓度,进而求出不同反应时间季胺盐10min测定其浊度变化.其搅拌条件为先快速搅拌
单体的转化率,见表1
3min(350r/min),再慢速搅拌15min(50r/min).
表1季铵盐单体转化率随时匈的变化率
其浊度变化见表2
反应时间/minC离子浓度/(moL)转化率/%
表2主絜凝剂投加量对絮凝效果的形响
投加量/mL反应时间/min浊度/NTU浊度去除率/%
3.2
20
0.05
0.05
0.10
10
3.6
0.10
由表1可以看出,当反应时间为1h时,转化率
30
0.1
为99%,几乎达到了100%,确定反应时间为1h
0.15
10
2.2.2聚合反应最佳合成条件
0.15
85.4
木质素与成二醛的反应为羟醛缩合反应.聚合
0.15
87.3
0.15
反应的主要影响因素有物料比、反应温度、反应时
间、催化剂的种类以及用量等.通过大量的正交实验
发现聚合反应最佳生产工艺条件为: