【摘要】：本文以玉米淀粉為基體發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)、接枝共聚反應(yīng)以及磺化反應(yīng),生成具有除濁和去除重金屬離子雙重功能的新型絮凝劑交聯(lián)淀粉-聚丙烯酰胺-黃原酸酯(Crosslinked Starch-graft-poly Acrylamide-co-sodium Xanthate,簡稱CSAX)。用FTIR光譜、電子掃描電鏡、X射線能量色散譜儀對CSAX進(jìn)行表征。用CSAX對實(shí)驗(yàn)配制的含鉛和含鋅水樣以及鉛鋅冶煉廠工業(yè)廢水進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn),證明CSAX對鉛鋅廢水有很好的處理效果。論文研究包括以下幾方面內(nèi)容:(1)研究了CSAX的分子結(jié)構(gòu)及其形態(tài),并將其應(yīng)用于鉛鋅廢水的處理中。研究了CSAX對實(shí)驗(yàn)室配制鉛鋅廢水的絮凝作用,以及水樣pH值、濁度、重金屬離子濃度及共存離子對Pb~(2+)和Zn~(2+)去除率的影響。實(shí)驗(yàn)表明,CSAX對實(shí)驗(yàn)室配水中Pb~(2+)的去除率達(dá)99%,除Zn~(2+)率可達(dá)83%。pH值對Pb~(2+)和Zn~(2+)去除率均有顯著影響,pH7的情況下,pH值越高,CSAX對Pb~(2+)、Zn~(2+)去除率越高。濁度在一定情況下,可以促進(jìn)CSAX對Pb~(2+)和Zn~(2+)的去除率。Pb~(2+)和Zn~(2+)主要和CSAX上的活性基團(tuán)發(fā)生配位反應(yīng),所以Pb~(2+)(Zn~(2+))和CSAX之間存在化學(xué)計(jì)量關(guān)系;水樣中Pb~(2+)(Zn~(2+))的初始濃度越大,只要有足夠的CSAX,Pb~(2+)(Zn~(2+))和CSAX結(jié)合的概率越大,越容易被去除。水中的堿金屬和堿土金屬不會和Pb~(2+)、Zn~(2+)競爭絮凝劑CSAX;配位能力弱的陰離子不會影響CSAX和Pb~(2+)、Zn~(2+)的螯合反應(yīng);EDTA對CSAX去除Pb~(2+)有較強(qiáng)的抑制作用,腐殖酸在CSAX投加量低時(shí)對除鉛率有有很強(qiáng)的促進(jìn)作用。共存離子對除鋅率的影響很小。(2)在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,用中心組合設(shè)計(jì)(central composition design,CCD)響應(yīng)面法優(yōu)化了CSAX去除配水中Pb~(2+)的條件、用Box-Behnken設(shè)計(jì)響應(yīng)面法優(yōu)化了除Zn~(2+)的條件。響應(yīng)面優(yōu)化后模型擬合度高,回歸顯著。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證說明響應(yīng)面優(yōu)化分析CSAX去除水中Pb~(2+)、Zn~(2+)具有可靠性。(3)基于CSAX對配水中Zn~(2+)去除率較低,實(shí)驗(yàn)采用強(qiáng)化混凝的方法,在絮凝實(shí)驗(yàn)時(shí)投加改性凹凸棒土作為助凝劑,促進(jìn)水中Zn~(2+)去除率。研究了制備改性凹凸棒土作為助凝劑的最佳條件,響應(yīng)面優(yōu)化了強(qiáng)化混凝條件。實(shí)驗(yàn)證明適量改性凹凸棒土作為助凝劑可以將除鋅率從81%提高到89%。(4)研究了CSAX對實(shí)際工業(yè)廢水的去除效果,對于鉛鋅冶煉廠微污染工業(yè)廢水,一次絮凝實(shí)驗(yàn)就可以使得出水重金屬濃度達(dá)標(biāo);對于重金屬含量較高的工業(yè)生產(chǎn)廢水需要多級絮凝實(shí)驗(yàn)使得出水達(dá)標(biāo)。(5)對CSAX-Pb以及CSAX-Zn絮體形態(tài)研究表明,絮體的形態(tài)及結(jié)構(gòu)極不規(guī)則、絮體形成具有分形特征。研究了絮體的特征、重金屬去除率以及分形維數(shù)間的關(guān)系,分析了CSAX投加量、pH值以及重金屬離子濃度對絮體形態(tài)、分形維數(shù)的影響。結(jié)果表明最佳投藥量、最佳pH值、以及合適的重金屬離子濃度時(shí),絮體形態(tài)最不規(guī)則、比表面積最大、孔隙最多,分形維數(shù)最大,去除率相應(yīng)最高。(6)研究了CSAX-Pb以及CSAX-Zn絮體的穩(wěn)定性,以及從其中回收重金屬的可行性。表明CSAX-Pb以及CSAX-Zn絮體在水中相當(dāng)穩(wěn)定,不會造成二次污染;用強(qiáng)酸浸泡絮體,重金屬浸出率達(dá)80%,說明絮體中回收重金屬是可行的。
【圖文】：

2.1 實(shí)驗(yàn)材料、儀器玉米淀粉（食品級，市面零售）；環(huán)氧氯丙烷 EPI(AR,天津化學(xué)試劑廠)；丙烯酰胺AM(AR,上海化學(xué)試劑廠)；硝酸鈰銨 CAN(AR,北京化學(xué)試劑公司)；丙酮，硝酸鉛，硫酸鋅等（CR，上海化學(xué)試劑廠）；JB-2 型恒溫磁力攪拌器（上海雷磁新涇儀器有限公司）；SEM：JSM-5600LV 低真空掃描電子顯微鏡（日本電子光學(xué)公司）；EDS：X 射線能量色散譜儀（美國 Kevex 公司）；紅外光譜分析：FTLA2000-104 傅立葉紅外光譜儀2.2 合成原理在弱堿環(huán)境下，，環(huán)氧氯丙烷（EPI）分子上的官能團(tuán)和玉米淀粉的醇羥基反應(yīng)生成二醚鍵和酯鍵，環(huán)氧氯丙烷起交聯(lián)作用和玉米淀粉發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)生成交聯(lián)淀粉（CSt）交聯(lián)反應(yīng)使淀粉分子之間“架橋”生成空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大分子，故交聯(lián)淀粉比淀粉的分子鏈大，膨脹度低，抗剪切度強(qiáng)，對酸堿熱更穩(wěn)定。交聯(lián)淀粉合成的反應(yīng)示意圖見圖 2.1

圖 2.2 CSAX 的 FTIR 紅外光譜查閱淀粉的 FTIR 的特征吸收光譜圖和 CSAX 對比發(fā)現(xiàn)光譜圖上許多變化，所以鍵合已經(jīng)發(fā)生變化。由圖 2.2 可知，譜線上在 889cm-1處有黃原酸酯變形振蕩吸收峰，說明 CSAX 分子上有黃原酸基。在 1067cm-1處出現(xiàn)脂肪族黃原酸基對稱伸縮振動峰，在1640cm-1處出現(xiàn)酰胺基的變角振動吸收峰，1768cm-1處出現(xiàn)羧基（ COO-）伸縮振動峰，證明 PAM 引入到了交聯(lián)淀粉上[58]。2.4.2 掃描電鏡分析（SEM）將 CSAX 樣品噴金并置于樣品臺，用低真空掃描電子顯微鏡觀察表面結(jié)構(gòu)，放大不同倍數(shù)的電鏡照片如圖 2.3 和 2.4。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2529127