本文選題：強陽離子型殼聚糖絮凝劑　切入點：小試　出處：《南京大學》2012年碩士論文

【摘要】：水是人類生存最基本的需求。傳統(tǒng)的飲用水絮凝劑,如：鋁、鐵鹽等無機材料,在使用過程中,不可避免地會在水體中殘留,從而對人體健康及環(huán)境造成危害,因而研發(fā)高效環(huán)保的新型絮凝劑材料有著重要的現(xiàn)實意義。近年來,兼具有環(huán)境友好、可再生、來源廣泛,且完全脫離石油資源等重要特點的天然高分子材料備受關注,且其分子鏈上富含有大量反應性基團,具有良好的絮凝、絡合等性能,因此有人將天然高分子材料譽為“21世紀的綠色絮凝劑材料”。但是天然高分子材料在實際應用中也存在著許多不足之處,如：化學性質不活潑、溶解性差、分子量相對較低等等。針對這些缺點,人們通常采用化學改性的方法進行性能改善。 本工作以一種性能優(yōu)越的天然高分子材料——殼聚糖為基材,以低毒性季銨試劑(3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨(CTA))為改性劑,采用醚化反應,通過調節(jié)反應原料投加量,制備了一系列具有不同陽離子取代度的強陽離子型殼聚糖絮凝劑。并將該絮凝劑材料應用于飲用水處理中,分別以高嶺土懸濁液和長江中下游鎮(zhèn)江段原水為模擬水樣,在實驗室小試及水廠中試規(guī)模條件下系統(tǒng)地考察了其實際水處理性能。著重研究了環(huán)境溫度、原水濁度、絮凝劑投加量、pH、鹽效應等因素對其絮凝性能的影響；此外還通過正交實驗方法,進一步得到其中試規(guī)模下最佳絮凝實驗條件,發(fā)現(xiàn)該強陽離子型殼聚糖絮凝劑具有良好的絮凝效果。此外,還結合雙分子碰撞理論及分形理論初步研究了其實際絮凝動力學過程。最后重點考察了改性殼聚糖絮凝劑的一個重要結構因子——陽離子取代度對其絮凝性能的影響,建立了合理的構效關系,為新型天然高分子絮凝劑的研究與開發(fā)提供了理論依據(jù)。具體實驗結果如下： (1)實驗室小試絮凝實驗結果表明,絮凝劑應在一個適中的投加量條件下具有最佳絮凝效果,且對應Zeta電位值在最佳投加量時接近于零,這說明絮凝過程主要受電中和作用控制；并且小試最佳絮凝劑投加量僅為0.05mg/L,遠小于傳統(tǒng)絮凝劑用量,因此該強陽離子型殼聚糖絮凝劑具有很高的絮凝效率。另外,原水起始濁度越大,所需絮凝劑投加量也越大；在相同原水濁度條件下,隨著環(huán)境溫度的升高,絮凝劑需求量下降；且絮凝劑在酸性環(huán)境下有著更好的絮凝性能；而外加鹽由于能使高嶺土顆粒雙電層厚度被有效壓縮,顆粒易于相互碰撞聚集,有利于絮凝劑絮凝性能的提高。此外,在絮凝動力學過程研究中發(fā)現(xiàn),絮體的尺寸和分形維數(shù)值均在絮凝劑最佳投加量時達到最大值。且在不同投加量條件下,絮體的尺寸和分形維數(shù)均隨著時間的增長而增大且逐漸達到平衡。 (2)經(jīng)正交實驗得到中試絮凝最佳實驗條件為：絮凝劑投加量為1.1mg/L,混凝時間為20min,三聯(lián)機械攪拌混凝池中攪拌速度分別為200、100及50rpm。此外,正交實驗統(tǒng)計參數(shù)表明絮凝劑投加量在三個影響因素中對其絮凝性能影響最為重要。水樣常規(guī)37項理化檢驗結果表明,采用天然高分子改性絮凝劑處理得到的水樣符合國家新頒布實施的飲用水標準。另外,與鎮(zhèn)江市自來水公司現(xiàn)行使用的絮凝劑——聚合硫酸鐵的絮凝效果相比,發(fā)現(xiàn)強陽離子型殼聚糖絮凝劑具有更為優(yōu)異的絮凝性能,所需的絮凝投加量遠低于聚合硫酸鐵,僅約為其四十分之一,具有很高的性價比。因此,可以認為該強陽離子型殼聚糖絮凝劑具有優(yōu)良的絮凝性能。 (3)此外,分別在小試和中試規(guī)模下,系統(tǒng)考察了CTA改性殼聚糖絮凝劑的陽離子取代度對其實際絮凝性能影響,研究結果表明其絮凝性能隨著CTA取代度的增大而不斷提升。并且相應絮凝動力學研究結果表明：其絮凝動力學過程十分符合雙分子碰撞模型,試驗點與理論曲線的線性相關度(R2)均在0.99以上。 綜上,小試和中試結果一致顯示：該強陽離子型殼聚糖絮凝劑具有良好的絮凝性能,有著廣闊的應用前景。
[Abstract]:Water is the most basic requirement for human existence . Traditional drinking water flocculant , such as aluminum , iron salt and other inorganic materials , is of great practical significance in the use of natural polymer materials , such as aluminum , iron salt and so on .

In this paper , a series of strong cationic chitosan flocculant with different cation substitution degree was prepared by using chitosan as the base material , with low toxicity quaternary ammonium reagent ( 3 - chloro - 2 - hydroxypropyl trimethyl ammonium chloride ( CTA )) as modifier .
In addition , the effect of the cationic substitution degree on the flocculation property of the modified chitosan flocculant is studied . The reasonable structure - effect relationship is established , which provides a theoretical basis for the research and development of the novel natural polymer flocculant . The experimental results are as follows :

( 1 ) The experimental results show that the flocculating agent should have the best flocculation effect under a moderate adding quantity condition , and the corresponding zeta potential value is close to zero when the optimum dosage is added , which indicates that the flocculation process is mainly controlled by the neutralization effect ;
In addition , the greater the initial turbidity of the original water , the greater the amount of flocculant required to be added .
Under the condition of the same raw water turbidity , with the increase of ambient temperature , the demand of flocculating agent decreased ;
and the flocculating agent has better flocculation property under an acidic environment ;
In addition , it is found that the size and fractal dimension of the flocs reach the maximum when the optimum dosage of the flocculating agent is reached . In addition , the size and fractal dimension of the floc are increased with the increase of time and the equilibrium is gradually reached under different feeding conditions .

( 2 ) The best experimental conditions were obtained by orthogonal experiment : the adding amount of flocculant is 1 . 1mg / L , the coagulation time is 20min , the stirring speed of the three - linked mechanical stirring and coagulation tank is 200 , 100 and 50 rpm respectively .

( 3 ) In addition , under the scale of pilot and pilot scale , the effect of the cationic substitution degree of CTA modified chitosan flocculant on its actual flocculation property was investigated . The results showed that the flocculation performance of CTA was increased with the increase of the degree of substitution of CTA . The results showed that the flocculation kinetics was in accord with the double molecular collision model , and the linear correlation between the test point and the theoretical curve ( R2 ) was 0.99 or more .

The results show that the strong cationic chitosan flocculant has good flocculation property and has wide application prospect .

【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TQ316.3;R123

【參考文獻】

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本文編號：1695818