【摘要】：重金屬?gòu)U水大量排放已造成環(huán)境嚴(yán)重污染，尋求重金屬?gòu)U水新的處理方法成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)，而開(kāi)發(fā)一種高效、廉價(jià)、實(shí)用的重金屬?gòu)U水處理劑將具有重要的意義。本論文采用現(xiàn)有的高分子絮凝劑聚乙烯亞胺作為母體，通過(guò)化學(xué)合成方法將重金屬離子的強(qiáng)配位基團(tuán)二硫代羧基引入到其分子結(jié)構(gòu)中，制備出具有捕集重金屬和去除濁度雙重功能的新型高分子絮凝劑聚乙烯亞胺基黃原酸鈉（PEX）。采用該新型絮凝劑，可直接利用傳統(tǒng)化學(xué)沉淀法的處理設(shè)施，同時(shí)去除重金屬離子和降低濁度，從而可減少后續(xù)處理單元，簡(jiǎn)化處理工藝，使重金屬?gòu)U水的治理變得簡(jiǎn)單易行。 本文以聚乙烯亞胺（PEI）、二硫化碳（CS2）、氫氧化鈉（NaOH）為原料，采用正交實(shí)驗(yàn)法確定了PEX最佳制備條件，獲得三種不同分子量的PEX（PEX 1、PEX 6、PEX 60）；并借助元素分析、紫外分析、紅外分析等方法對(duì)PEX進(jìn)行了表征。以PEX為研究對(duì)象，通過(guò)絮凝實(shí)驗(yàn)法考察了PEX除濁性能、捕集重金屬性能以及處理實(shí)際重金屬?gòu)U水性能；并對(duì)PEX的溶液特性、PEX存放穩(wěn)定性、螯合絮體形態(tài)特征、螯合絮體的穩(wěn)定性能以及重金屬回收性能進(jìn)行了探討。主要研究結(jié)果如下： 影響PEX制備條件的主要因素為PEI的分子量、CS2的用量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間。分子量不同的PEI制備PEX最佳條件不盡相同，PEX 1最佳制備條件為：PEI、CS2、NaOH投加比例1:2:2，預(yù)反應(yīng)溫度35℃，預(yù)反應(yīng)時(shí)間30min，主反應(yīng)溫度40℃，主反應(yīng)時(shí)間150min；PEX 6最佳制備條件為：PEI、CS2、NaOH投加比例1:3:3，預(yù)反應(yīng)溫度20℃，預(yù)反應(yīng)時(shí)間30min，主反應(yīng)溫度40℃，主反應(yīng)時(shí)間60min；PEX 60最佳制備條件為：PEI、CS2、NaOH投加比例1:1:2，預(yù)反應(yīng)溫度25℃，預(yù)反應(yīng)時(shí)間30min，主反應(yīng)溫度60℃，主反應(yīng)時(shí)間60min。 PEX為兩性高分子絮凝劑，在等電點(diǎn)時(shí)，PEX溶液Zeta電位為零，體系出現(xiàn)渾濁且濁度達(dá)到最高。PEX 1、PEX 6、PEX 60溶液的等電點(diǎn)pHiep分別為4.6、5.0、8.4（蒸餾水體系）以及3.8、5.0、8.7（自來(lái)水體系）。PEX的除濁性能優(yōu)于母體PEI的除濁性能，且在PEX等電點(diǎn)時(shí)濁度的去除率最大；體系中共存的重金屬離子對(duì)濁度的去除具有顯著促進(jìn)作用。 PEX對(duì)單一重金屬體系和混合重金屬體系中的二價(jià)重金屬離子均具有良好的捕集效果。PEX捕集重金屬離子對(duì)體系pH值的要求相對(duì)較低，，在酸性條件下重金屬離子也能被有效的除去。對(duì)于PEX，總體捕集能力順序?yàn)镻EX 1＞PEX 6＞PEX 60；對(duì)于重金屬離子，總體捕集順序?yàn)镃u(II)＞Pb(II)＞Cd(II)＞Ni(II)＞Zn(II)。PEX對(duì)高價(jià)重金屬離子Cr(VI)在強(qiáng)酸性條件下去除效果較好，而對(duì)Cr(III)在酸性條件下捕集效果不理想。 體系中共存的無(wú)機(jī)陽(yáng)離子、無(wú)機(jī)陰離子、濁度對(duì)PEX捕集重金屬離子的影響總體上均較小，促進(jìn)或抑制作用不明顯；而共存的有機(jī)配位劑對(duì)其捕集能力具有一定的影響，或促進(jìn)或抑制，可通過(guò)增加PEX投加量來(lái)減小或消除抑制影響。當(dāng)濁度存在時(shí)，PEX可同時(shí)除去體系中重金屬離子和濁度，可充分發(fā)揮螯合沉淀和絮凝沉淀雙重作用。螯合絮體的分形維數(shù)結(jié)果表明，重金屬螯合絮體分形維數(shù)越大，相對(duì)應(yīng)的重金屬離子去除效果越好。 紅外分析譜圖表明，PEX分子鏈上成功的接上了二硫代羧基；而PEX分子鏈上的二硫代羧基、胺基可與重金屬離子發(fā)生螯合、配位等作用。PEX的存放穩(wěn)定性、螯合絮體的穩(wěn)定性均較好，PEX對(duì)實(shí)際廢水的處理效果較理想，且可回收絮體中的重金屬，這些均有利于PEX的實(shí)際應(yīng)用。 總之，本文合成的新型高分子絮凝劑PEX在捕集重金屬離子時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)良性能，在適宜條件下能有效的捕集多種重金屬離子，且絮凝沉降性能好，可作為重金屬?gòu)U水的處理劑，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：X703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2634273