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混凝法在工业废水预处理中得到广泛应用。混凝效果直接影响后续生物处理或高级氧化处理效率。提升混凝对工业废水中难生物降解有机物的去除效果,可降低后续处理工艺的负荷,提高水处理效率。论文首先利用微生物絮凝剂(MBF)阴离子活性基团丰富的特点,对其进行阳离子改性,合成了脱色性能良好的两性微生物絮凝剂(MBF-g-P(AM-DAC))。研究了MBF-g-P(AM-DAC)的最优合成条件和合成机理。将MBF-g-P(AM-DAC)与聚硅酸铝(PSA)复配,用来处理刚果红(CR)染料废水,研究不同影响因素对CR去除率的影响,并分析其混凝机理。此外,论文以甲基丙烯酸六氟丁酯(HFBMA)和丙烯酰胺(AM)为单体,通过胶束聚合合成了富含氟碳基团的疏水改性高分子絮凝剂(P(AM-HFBMA)),其对模拟废水中四种溶解性染料均有较好的去除效果。研究P(AM-HFBMA)的合成机理,分析P(AM-HFBMA)与聚合氯化铁铝(PAFC)复配使用时,二者发挥的不同作用。
论文的主要研究内容和结论如下:
①在热引发条件下,MBF与AM、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)发生接枝共聚反应,得到两性高分子微生物絮凝剂MBF-g-P(AM-DAC)。通过傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)、热重-差热分析(TG/DSC)、X射线光电子能谱分析(XPS)和X射线衍射分析(XRD)研究MBF-g-P(AM-DAC)组成、结构和特性,发现其具有丰富的氨基、羟基、羧基、铵基和酰氧基等活性基团。在MBF-g-P(AM-DAC)合成机理研究中发现,接枝共聚发生在MBF的氨基上。AM作为高活性单体促进了阳离子单体DAC与MBF的接枝共聚。对MBF-g-P(AM-DAC)在蒸馏水中所产生絮体进行比表面积分析,发现其絮体比表面积较大且具有大量的多孔结构,这有利于增强其吸附和网捕卷扫的混凝性能。
②将自制MBF-g-P(AM-DAC)与聚硅酸铝(PSA)复配应用于模拟刚果红(CR)染料废水处理。混凝后CR染料的去除率较高、形成的絮体密实且体积大、沉降速率快、沉降时间短;而单加PSA处理时,形成的絮体小且松散,沉降速度慢,CR去除率较低。PSA和自制MBF-g-P(AM-DAC)在CR废水处理中起着不同的作用。PSA电中和作用强,但形成的絮体小;MBF-g-P(AM-DAC)的电中和作用较弱,但对絮体粒径增大有较大帮助。MBF-g-P(AM-DAC)及其絮体上的不饱和活性位点和较高的比表面积有助于CR的吸附,且存在物理吸附和化学吸附。
③在紫外引发条件下,HFBMA与AM发生接枝共聚反应,得到含氟碳的疏水改性高分子絮凝剂P(AM-HFBMA)。通过表征分析发现,P(AM-HFBMA)具有丰富的氟基、酰胺基和酯基等多种活性基团。胶束聚合有助于合成具有微嵌段结构的高分子聚合物P(AM-HFBMA)。少量粘附在其表面的SDS提升了P(AM-HFBMA)的亲水性。P(AM-HFBMA)具有较多的活性位点,能增强与SDS和染料的相互作用。
④将含氟碳的疏水改性高分子絮凝剂P(AM-HFBMA)应用于多种模拟染料废水的处理。P(AM-HFBMA)对浓度为250mg/L的刚果红(CR)、亚甲基蓝(MB)、罗丹明B(RhB )和甲基蓝(MlB )模拟废水最佳去除率达到90%以上。P(AM-HFBMA)混凝性能优于三种市售PAM。PAFC和P(AM-HFBMA)复配使用时,PAFC主要起电中和作用,P(AM-HFBMA)主要起架桥作用,且有助于产生絮体。粘附在P(AM-HFBMA)表面的少量SDS能通过电荷吸引和疏水缔合作用增强P(AM-HFBMA)与染料相互作用。P(AM-HFBMA)上丰富的氟基与染料和SDS产生的氢键也增强了它们的相互作用,而其疏水缔合作用使絮体容易与水分离。该混凝过程存在吸附作用。
论文的主要研究内容和结论如下:
①在热引发条件下,MBF与AM、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)发生接枝共聚反应,得到两性高分子微生物絮凝剂MBF-g-P(AM-DAC)。通过傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)、热重-差热分析(TG/DSC)、X射线光电子能谱分析(XPS)和X射线衍射分析(XRD)研究MBF-g-P(AM-DAC)组成、结构和特性,发现其具有丰富的氨基、羟基、羧基、铵基和酰氧基等活性基团。在MBF-g-P(AM-DAC)合成机理研究中发现,接枝共聚发生在MBF的氨基上。AM作为高活性单体促进了阳离子单体DAC与MBF的接枝共聚。对MBF-g-P(AM-DAC)在蒸馏水中所产生絮体进行比表面积分析,发现其絮体比表面积较大且具有大量的多孔结构,这有利于增强其吸附和网捕卷扫的混凝性能。
②将自制MBF-g-P(AM-DAC)与聚硅酸铝(PSA)复配应用于模拟刚果红(CR)染料废水处理。混凝后CR染料的去除率较高、形成的絮体密实且体积大、沉降速率快、沉降时间短;而单加PSA处理时,形成的絮体小且松散,沉降速度慢,CR去除率较低。PSA和自制MBF-g-P(AM-DAC)在CR废水处理中起着不同的作用。PSA电中和作用强,但形成的絮体小;MBF-g-P(AM-DAC)的电中和作用较弱,但对絮体粒径增大有较大帮助。MBF-g-P(AM-DAC)及其絮体上的不饱和活性位点和较高的比表面积有助于CR的吸附,且存在物理吸附和化学吸附。
③在紫外引发条件下,HFBMA与AM发生接枝共聚反应,得到含氟碳的疏水改性高分子絮凝剂P(AM-HFBMA)。通过表征分析发现,P(AM-HFBMA)具有丰富的氟基、酰胺基和酯基等多种活性基团。胶束聚合有助于合成具有微嵌段结构的高分子聚合物P(AM-HFBMA)。少量粘附在其表面的SDS提升了P(AM-HFBMA)的亲水性。P(AM-HFBMA)具有较多的活性位点,能增强与SDS和染料的相互作用。
④将含氟碳的疏水改性高分子絮凝剂P(AM-HFBMA)应用于多种模拟染料废水的处理。P(AM-HFBMA)对浓度为250mg/L的刚果红(CR)、亚甲基蓝(MB)、罗丹明B(RhB )和甲基蓝(MlB )模拟废水最佳去除率达到90%以上。P(AM-HFBMA)混凝性能优于三种市售PAM。PAFC和P(AM-HFBMA)复配使用时,PAFC主要起电中和作用,P(AM-HFBMA)主要起架桥作用,且有助于产生絮体。粘附在P(AM-HFBMA)表面的少量SDS能通过电荷吸引和疏水缔合作用增强P(AM-HFBMA)与染料相互作用。P(AM-HFBMA)上丰富的氟基与染料和SDS产生的氢键也增强了它们的相互作用,而其疏水缔合作用使絮体容易与水分离。该混凝过程存在吸附作用。