光引发制备纳米高分子絮凝剂PAD-g-MNC及对藻污染水体的絮凝性能评估

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季节性的藻类爆发是水体富营养化的一个严重问题,人类活动也使得水体富营养化越来越严重。藻类产生的藻毒素以及胞外有机物(EOM)对于人类饮用水源产生了严重的威胁,并且在污水处理厂中容易堵塞滤池,增加工艺运行负荷。因此藻类物质的除去显得十分的必要和迫切。本研究以模拟藻水为研究对象,采用紫外线辐射法制备了具有纳米结构和高分子量的新型纳米絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺嫁接马来酰化纳米壳聚糖(PAD-g-MNC),并对模拟藻水进行了絮凝实验。通过特性粘度与转化率为指标测定了PAD-g-MNC的最优合成条件。傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱、热重(TG)和X射线光电子能谱(XPS)证明了PAD-g-MNC的成功合成。在絮凝实验中通过四种絮凝剂PAD-g-MNC、阳离子聚丙烯酰胺嫁接壳聚糖(PAD-g-CS)、阳离子聚丙烯酰胺嫁接纳米壳聚糖(PADg-NCS)和聚合氯化铝(PAC)的对比说明了PAD-g-MNC对藻细胞和EOM具有优异的絮凝效果。论文主要研究内容及结果如下:(1)PAD-g-MNC制备的最优条件为引发剂浓度0.2%、m(MH)/m(CS)=0.1、m(CS)/m(AM)=0.15、m(TPP)/m(CS)=0.2、光照时间60 min。制得的PAD-g-MNC的特征粘度为1521.5 m L/g,单体转化率为97.1%。(2)通过傅立叶红外光谱、X射线光电子能分析、拉曼光谱和热重分析分析了纳米絮凝剂PAD-g-MNC的分子结构和热稳定性。结果显示,PAD-g-MNC上包含了PADg-CS和PAD-g-NCS上所有的元素,证明了纳米絮凝剂PAD-g-MNC的合成成功,并且纳米絮凝剂的热稳定性也好于PAD-g-CS和PAD-g-NCS。粒径分布结果也表明PADg-MNC成功的形成了纳米颗粒。(3)在模拟藻类实验中,PAD-g-MNC在剂量5.0 mg/l下对藻类的浊度去除率和叶绿素a(Chl-a)的去除率分别为94.06%和95.98%。与PAD-g-NCS和PAD-g-CS对比得出PAD-g-MNC具有的高分子量和纳米结构使其对藻细胞的絮凝作用优于PAD-gNCS和PAD-g-CS。(4)在对模拟藻水的EOM去除中,三维激发发射矩阵荧光(3D-EEM)分析表明,PAD-g-MNC的特殊结构有利于去除EOM中的色氨酸蛋白和芳香蛋白,对控制藻华现象具有重要意义。
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