新型、高效水處理藥劑與材料始終是水處理環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中重點發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，也是水工業(yè)與水污染治理工程技術(shù)與設(shè)備創(chuàng)新發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。鐵鹽復合混凝劑成為國內(nèi)外水處理領(lǐng)域內(nèi)無機高分子混凝劑研究開發(fā)的熱點，而且開展復合型高分子混凝劑全面系統(tǒng)的研究是十分必要的。 在綜合國內(nèi)外大量相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，以聚合氯化鐵(PFC)、二甲基二烯丙基均聚物(PDMDAAC)為原料制備了聚合鐵基無機—有機復合混凝劑。通過研究含有聚合鐵-二甲基二烯丙基均聚物復合混凝劑(PFC-PDMDAAC)中有機組分含量(Wp)、特性黏度(η)及無機組分堿化度(B)條件對其鐵的形態(tài)分布、荷電情況、水解形念特性及混凝性能的影響，明確其與PFC及PDMDAAC在混凝效果、混凝行為和機制等方面的差異，揭示無機-有機組分相互作用及混凝機理，為高效能的PFC-PDMDAAC復合混凝劑的研制奠定理論基礎(chǔ)，并為開發(fā)應(yīng)用提供理論指導。 主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下： 1．采用微量加堿法研究了PFC-PDMDAAC的水解-聚合歷程，并考察了Wp、η值、B值對混凝劑水解聚合特征的影響，為進一步探討其混凝作用機理，提高其混凝效能奠定理論基礎(chǔ)。結(jié)果表明PFC—PDMDAAC復合絮凝劑的水解-聚合曲線的pH緩沖區(qū)變短。當Wp、η及B越高，PFC-PDMDAAC的pH快速增長期起始位置逐漸提前，這表明隨著Wp、η及B的增高，PFC-PDMDAAC中單體Fe(Ⅲ)越少，而聚合態(tài)Fe(Ⅲ)越多。 2．采用Fe-Ferron逐時絡(luò)合比色動力學法研究了復合混凝劑中鐵的形態(tài)分布，并考察了Wp、η值、B值對混凝劑鐵的形態(tài)分布的影響。結(jié)果表明PFC—PDMDAAC復合絮凝劑中鐵的各種形態(tài)組分的含量相對于PFC而言發(fā)生了變化。當Wp=7.0％、η=1.02dL g~(-1)及B=0.5時，PFC-PDMDAAC中Fe_b含量最高，而Fe_c含量最低。并且當PFC-PDMDAAC投加到不同pH值水體中后，其Fe(Ⅲ)形態(tài)變化要小于PFC的變化，而且PFC-PDMDAAC在更寬的pH范圍內(nèi)保持了優(yōu)勢Fe(Ⅲ)形態(tài)，這將有利于混凝劑實際應(yīng)用。 3．采用Zatesizer3000Hsa電位儀測定了PFC-PDMDAAC的Zeta電位隨pH值的變化趨勢，并考察了Wp、η值、B值對這一變化趨勢的影響。結(jié)果表明PFC與陽離子PDMDAAC復合后，其正的Zeta電位明顯升高，電中和能力明顯加強。PFC—PDMDAAC復合混凝劑Zeta電位影響因素較多，如Wp、η值、B值以及水體pH值、無機鹽含量，這些因素均對混凝劑Zeta電位產(chǎn)生影響。當水解后pH值較小時，Wp=14.0％、B=1.5、η=1.21dL g~(-1)的PFC-PDMDAAC的Zeta電位最高；而當水解后pH值較大時，Wp=7.0％、B=1.0、η=0.72 dL g~(-1)的PFC-PDMDAAC的Zeta電位最高。水體中無機鹽的存在會降低PFC-PDMDAAC電中和能力，但與PFC相比，PFC-PDMDAAC受無機鹽的影響較小。因此僅從電中和能力看，PFC-PDMDAAC的混凝能力應(yīng)高于PFC，應(yīng)用范圍較PFC更為廣泛。 4．利用透射電鏡(TEM)研究了PFC-PDMDAAC系列混凝劑的結(jié)構(gòu)形貌，并考察了Wp、η值、B值對結(jié)構(gòu)形貌的影響。結(jié)果證明PFC、PDMDAAC并非獨立存在，而是互相間有一定的作用，而且Wp、B都對絮凝劑的結(jié)構(gòu)形貌具有一定的影響，但η值的影響不大。隨著Wp的增大，混凝劑中顆粒狀物質(zhì)數(shù)量增多，枝狀物質(zhì)分形更加明顯，云霧狀物質(zhì)逐漸減少。隨著B值的增加，枝狀物質(zhì)的分枝更加明顯，云霧現(xiàn)象逐漸消失。不同η值的PFC-PDMDAAC的結(jié)構(gòu)形貌相差不大。 5．采用激光散射技術(shù)對PFC-PDMDAAC絮凝劑的粒度分布進行了測定，揭示了混凝劑粒度分布與pH、Wp、η及B值的關(guān)系，為研究混凝劑混凝過程的機理、評價混凝劑的有關(guān)性能和對混凝劑的改進起到了指導作用。結(jié)果表明PFC-PDMDAAC水解產(chǎn)物粒度分布與PFC相比具有一定的差別，并且受到Wp、η值以及B值的影響。當Wp=14.0％、η=1.02dL g(-1)及B=1.0時，PFC-PDMDAAC粒度分布受pH的影響最小。與PFC相比，在相同pH下，PFC-PDMDAAC平均粒度較大。而且隨著Wp的增高，PFC-PDMDAAC平均粒度受pH的影響逐漸變小。PFC-PDMDAAC的水解產(chǎn)物比表面積較PFC增大。當Wp：14.0％，B=1.0時，PFC-PDMDAAC的比表面積最大，而且適用的pH范圍最廣。 6．利用PDA2000在線監(jiān)測PFC-PDMDAAC的混凝動力學過程，研究了混凝過程中混凝劑投加量、體系的pH值及離子強度等因素對絮體的形成和增長的變化差異的影響。結(jié)果表明PFC與PDMDAAC復合，可以大幅度提高絮體生成速度，縮短混凝劑與污染物的反應(yīng)時間，大幅度增大最終絮體粒度，并且減小最終絮體粒度差異。而且水樣離子強度、pH值對PFC-PDMDAAC復合絮凝劑的影響要小于對PFC絮凝劑的影響。與PFC相比，在不同離子強度水樣中，PFC-PDMDAAC復合混凝劑與污染物反應(yīng)時間短，其絮體生成速度快，最終絮體粒度大，并且絮體粒度差異性小。 7．采用PFC-PDMDAAC處理高嶺土模擬水樣以及活性藍模擬水樣，考察了B值、Wp值、η值對PFC-PDMDAAC絮凝效果的影響，并采用JS94H型微電泳儀分析高嶺土模擬水樣及活性深藍模擬水樣的電荷變化情況，初步探討了PFC-PDMDAAC處理不同水樣的絮凝機理。對高嶺土模擬水樣的處理表明，PFC與PDMDAAC復合后，其除濁能力得以大幅提高，而且最佳投加量降低。當Wp=7.0％，B=1.0，η=1.02 dg L~(-1)時，PFC-PDMDAAC的除濁效果最好。機理研究表明PFC、PFC-PDMDAAC及PDMDAAC主要除濁作用不同：電中和作用是PFC處理高嶺土的主要作用機理，但是同時還存在著其它作用機理；PFC-PDMDAAC處理高嶺土的主要作用機理為吸附架橋作用，但是高嶺土表面電荷的減少也有利于高嶺土的去除；PDMDAAC的除濁機理為電中和作用及吸附架橋作用的結(jié)合。對活性深藍染料模擬水樣的處理表明，PFC與PDMDAAC復合后，其脫色能力得以大幅提高，而且最佳投加量降低。當Wp=14.0％，B=0.5，η=0.72 dg L~~(-1)時，PFC-PDMDAAC的脫色效果最好。機理研究表明PFC、PFC-PDMDAAC及PDMDAAC主要脫色作用不同：電中和作用是PFC、PDMDAAC處理活性深藍染料的主要作用機理；PFC-PDMDAAC處理活性深藍染料的主要作用機理為吸附架橋作用。 8．采用PFC-PDMDAAC處理多種地表水及廢水，并考察了處理不同實際水樣的最佳B值、Wp值及η值。處理結(jié)果表明，PFC與PDMDAAC復配后，可以大幅提高混凝劑處理實際水樣的效果，PFC-PDMDAAC具有良好的除濁、除有機物、除磷效果，并且PFC-PDMDAAC的最佳投加量較PFC、PDMDAAC小。Wp，η值及B值直接影響PFC-PDMDAAC的混凝效果，不同的水樣PFC-PDMDAAC的最佳Wp，η值及B值不同。 上述研究從多方面系統(tǒng)的研究了PFC-PDMDAAC復合混凝劑的性質(zhì)，初步明確了PFC-PDMDAAC與PFC及PDMDAAC在混凝效果、混凝行為和機制等方面的差異，初步揭示了復合混凝劑中無機-有機組分相互作用以及PFC-PDMDAAC的混凝機理，為高效能的PFC-PDMDAAC復合混凝劑的研制奠定理論基礎(chǔ)，并為開發(fā)應(yīng)用提供理論指導。
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2007
【中圖分類】：X703.5
【部分圖文】：

發(fā)生重新穩(wěn)定現(xiàn)象所需要的金屬離子的量增大�；炷齾^(qū)的下限可能取決于混凝劑的數(shù)量及與之相關(guān)的動力學因素，當溶液中混凝劑水解金屬離子的數(shù)量太少時，會造成不利的動力學條件，混凝和沉淀將不會在沉降允許的時間內(nèi)發(fā)生。圖2一3的右邊是卷掃混凝區(qū)，在此區(qū)域中生成氫氧化鐵的沉淀物。當大量氫氧化鐵從溶液中沉降時，就會卷掃除去溶液中的膠體。這一區(qū)域的右邊界隨pH值的升高而升高，意味著在此邊界以外，體系是穩(wěn)定的，這可能是由于Fe(OH)3本身的所帶電荷造成的。(答落咬籠盲樸·‘六王聲圖2一3鐵(m)鹽的設(shè)計操作圖針對Fe(m)鹽的水解過程的研究，氏dstromI49)證實了FeoHZ+、Fe(oH)2+和Fez(oH)z4+的存在，并測定它們的水解平衡常數(shù)，Biedermanl50】發(fā)現(xiàn)除了上述水解離子外還存在三聚體Fe3(oH擴+，也測定了相應(yīng)的平衡常數(shù)。其對應(yīng)的平衡常數(shù)如表2一1所示。

以較大的比例存在于濃度高于 104mol幾的鐵溶液中。其中兩個鐵離子可能以兩個輕橋方式相連(見圖2一4)，Bottero等人【51]應(yīng)用ExAFS實驗證實二聚鐵離子存在于溶液中。義(H2叭Fe\尸阿H刃、OH.oH·*OHzo圖2一4二聚鐵離子的形態(tài)結(jié)構(gòu)圖作為低分子量的水解產(chǎn)物，二聚體和三聚體在溶液中能較快地達到暫時水解平衡。如果向Fe(m)溶液中加入堿進行中和，隨著加堿量的不同，在溶液中形成不同形態(tài)和分子量的聚合物。大量研究表明:在一定范圍內(nèi)，低聚物具有比單體更強的去質(zhì)子化趨勢，隨聚合度的增加，去質(zhì)子化的程度增強，因而趨向進一步聚合形成更大的聚合物。但是要確定更大的多核聚合陽離子的組成和穩(wěn)定性是相當困難的，因為Fe(m)溶液即使在中性溶液及堿性溶液中也很難達到真正平衡[47]。除此之外，溶液的濃度、溫度變化、陰離子的種類和制備方法等條件的差別，也可能造成水解聚合結(jié)構(gòu)完全不同。1%6年sPiroI521等人報導，以部分中和的方法在硝酸鐵溶液中加入NaHCO3可l5

山東大學博十學位論文解度值，.即出現(xiàn)最小沉淀時間的水解度值。低于或高于這一水解度具有不同的水解聚合沉淀機制。具體水解沉淀情況見圖2一6。t..，{撇’二一”。，慈萬圣盈若三甚薈蘭落左，‘。二:留..嘗.盆‘由盆1‘卜:.孟呂:名.件名

本文編號：2830079