巯基化壳聚糖基絮凝剂的制备及其应用性能研究

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絮凝法是一种简单、经济的水处理方法,可用于重金属等污染物的处理,然而广泛使用的传统絮凝剂普遍存在活性位点少、易造成二次污染等缺陷。为弥补传统絮凝剂的缺陷,论文以强化絮凝剂的可生物降解性能和多活性螯合位点为目的,选取天然高分子材料壳聚糖衍生物羧甲基壳聚糖(CSS)和天然的含硫氨基酸衍生物N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC),成功制备出兼具絮凝和螯合功能的巯基乙酰化改性壳聚糖基絮凝剂CCS-g-P(AM-NAC)。采用单因素实验和正交试验法,确定最优制备条件和主要因素的影响显著性。另外,采用一系列实验手段和表征方法考察和分析产物的基本性质和结构性能。最后,将产物CCS-g-P(AM-NAC)应用于多种重金属模拟废水考察其处理性能,并尝试分析其絮凝机理。论文主要研究内容和结论如下:(1)开发出一种巯基化壳聚糖基絮凝剂CCS-g-P(AM-NAC)的制备方法,通过紫外引发聚合成功将丙烯酰胺(AM)和N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)引入到羧甲基壳聚糖(CCS)上。(2)傅里叶红外光谱(FTIR)及核磁氢谱(~1H NMR)结果显示,目标产物CCS-g-P(AM-NAC)已成功合成。热重(TGA)分析表明,CCS-g-P(AM-NAC)具备良好的热稳定性。扫描电子显微镜(SEM)图像及分形维数计算结果显示,产物CCS-g-P(AM-NAC)的表面结构形貌与CCS和CCS-g-PAM相比更粗糙且不规则,且分形维数也更大,与观察结果一致。(3)对比CCS、CCS-g-PAM以及CCS-g-P(AM-NAC)的溶解性能以及Zeta电位的结果表明,聚合产物CCS-g-P(AM-NAC)具有良好的溶解性,在较宽p H值范围表现为负电性。(4)将聚合产物CCS-g-P(AM-NAC)用于处理重金属模拟废水的实验结果表明,只需较少的投药量就能得到良好的重金属去除效果,p H值、混合搅拌强度及絮凝反应时间的增加均对重金属去除率存在促进作用。CCS-g-P(AM-NAC)具有比CCS以及CCS-g-PAM更佳的除铜和除镉性能。此外,当高岭土悬浮液与铜离子共存时,絮凝剂除浊能力得到增强。
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