具有重金属捕集功能的高分子絮凝剂MAC的制备及其絮凝性能研究

论文摘要

本课题是在前人研究的基础上,以壳聚糖、巯基乙酸为原料,通过酰胺化反应将重金属离子的强配位基团—巯基（—SH）接枝到天然高分子絮凝剂壳聚糖（CTS）上,赋予其对重金属离子的捕集功能,从而研制出一种具有捕集重金属离子和除浊双重功能的新型絮凝剂—巯基乙酰壳聚糖MAC。采用高分子絮凝剂MAC,利用现有混凝沉淀设备,同时去除重金属离子和降低浊度,从而可减少后续处理单元,使重金属废水的治理变得简单易行。本文研究了新型高分子絮凝剂MAC捕集Cd2+、Hg2+、Cr6+及去除浊度的性能,并对影响絮凝性能的因素（pH、有机络合剂及浊度等）进行了探讨,结果表明：1)MAC对重金属离子具有很好的捕集功能,MAC的脱乙酰度和相对分子质量对絮凝效果均有影响。相对分子质量越大,脱乙酰度越高,对重金属离子的去除效果就越好。2)MAC处理含Cd2+、Hg2+、Cu2+的废水均能达到较好的效果,投加量少,絮体沉降迅速,大而密实,易于固液分离,出水水质好,出水无色。但处理含Cr6+废水时,MAC需与无机铝盐复配使用才能使总铬的去除达到较好效果。3)pH值对MAC处理重金属废水时有一定的影响,在较高pH值下,较少量的MAC可使重金属离子具有较高的去除率；而在较低pH值下,增大MAC的投加量才能使重金属离子得到较好的去除。4)废水中的碱金属离子、NO3-、SO42-、有机配位剂（如柠檬酸、富里酸、EDTA及腐殖酸）的存在对MAC去除重金属离子的影响不尽相同,或是促进作用或是抑制作用。可利用其促进作用使重金属离子得到更好的去除,可通过增加MAC的投加量来减小或消除其抑制作用。5)MAC具有除浊和去除重金属离子的双重功能；用MAC去除重金属离子和浊度共存体系时,废水中的重金属离子和浊度均可得到很好的去除；6)MAC与CTS相比较,水溶性得到了很大的改善,去除重金属离子的能力大大提高,尤其是在处理重金属离子与浊度共存体系,重金属及浊度的去除效果远高于CTS。7)MAC捕集各种重金属离子时表现出一定的选择性,其对重金属离子的螯合能力大小顺序为：在pH=7.5时,MAC对重金属离子的捕集顺序为：Hg2+>Cd2+>Cu2+当废水中含有多种重金属离子时,可以利用MAC与它们螫合作用强弱的不同进行分离去除。8)MAC用于处理实际电镀废水无需调pH值、无需加还原剂、方法简单、处理效果好,因此在实际应用中有很大的社会效益和经济效益,具有一定的推广应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 重金属的毒性与危害
• 1.1.1 重金属的毒性
• 1.1.2 常见重金属的危害
• 1.1.3 重金属废水的排放标准
• 1.2 重金属废水产生的来源
• 1.2.1 机械加工重金属废水
• 1.2.2 矿山冶炼重金属废水
• 1.2.3 其它含重金属离子的工业废水
• 1.3 重金属废水的处理方法
• 1.3.1 化学法
• 1.3.2 物理化学法
• 1.3.3 生物法
• 1.4 絮凝剂的应用及研究进展
• 1.4.1 无机絮凝剂
• 1.4.2 有机絮凝剂
• 1.4.3 微生物絮凝剂
• 1.4.4 复合絮凝剂
• 1.5 课题研究的意义、理论依据及研究的主要内容
• 1.5.1 课题研究的意义
• 1.5.2 课题研究的理论依据
• 1.5.3 课题研究的主要内容
• 2 巯基乙酰壳聚糖（MAC）的优化制备、絮凝机理及对重金属离子的选择性研究
• 2.1 概述
• 2.2 MAC的合成原理
• 2.3 MAC的絮凝机理
• 2.3.1 MAC捕集重金属机理
• 2.3.2 除浊机理
• 2.4 实验部分
• 2.4.1 试剂及仪器
• 2.5 实验方法
• 2.6 实验结果及讨论
• 2.6.1 正交试验结果
• 2.6.2 MAC的结构表征
• 2.6.3 MAC对重金属离子的选择性研究
• 2.7 小结
• 2+废水的研究'>3 具有重金属捕集功能的高分子絮凝剂MAC处理含Cd²⁺废水的研究
• 3.1 概述
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料及试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 MAC水溶性分析
• 3.3.2 不同MAC对絮凝效果的影响
• 2+浓度废水去除率的影响'>3.3.3 MAC投加量对不同Cd²⁺浓度废水去除率的影响
• 2+的影响'>3.3.4 pH值对MAC去除Cd²⁺的影响
• 2+对絮凝效果的相互影响'>3.3.5 浊度与Cd²⁺对絮凝效果的相互影响
• 2+的影响'>3.3.6 腐殖酸对MAC去除Cd²⁺的影响
• 2+的影响'>3.3.7 EDTA对MAC去除Cd²⁺的影响
• 2+的影响'>3.3.8 富里酸（FA）对MAC去除Cd²⁺的影响
• 2+的影响'>3.3.9 柠檬酸（CA）对MAC去除Cd²⁺的影响
• +、Ca²⁺对MAC去除Cd²⁺的影响'>3.3.10 K⁺、Ca²⁺对MAC去除Cd²⁺的影响
• 3^-、SO₄^2-对MAC去除Cd²⁺的影响'>3.3.11 NO₃^-、SO₄^2-对MAC去除Cd²⁺的影响
• 3.3.12 MAC与CTS絮凝效果的比较
• 3.4 小结
• 2+废水的研究'>4 具有重金属捕集功能的高分子絮凝剂MAC处理含Hg²⁺废水的研究
• 4.1 概述
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料及试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 不同MAC对絮凝效果的影响
• 2+浓度废水去除率的影响'>4.3.2 MAC投加量对不同Hg²⁺浓度废水去除率的影响
• 2+的影响'>4.3.3 pH值对MAC去除Hg²⁺的影响
• 2+对絮凝效果的相互影响'>4.3.4 浊度与Hg²⁺对絮凝效果的相互影响
• 2+的影响'>4.3.5 腐殖酸对MAC去除Hg²⁺的影响
• 2+的影响'>4.3.6 富里酸对MAC去除Hg²⁺的影响
• 2+的影响'>4.3.7 EDTA对MAC去除Hg²⁺的影响
• 2+的影响'>4.3.8 柠檬酸（CA）对MAC去除Hg²⁺的影响
• +、Ca²⁺对MAC去除Hg²⁺的影响'>4.3.9 K⁺、Ca²⁺对MAC去除Hg²⁺的影响
• 3^-、SO₄^2-对MAC去除Hg²⁺的影响'>4.3.10 NO₃^-、SO₄^2-对MAC去除Hg²⁺的影响
• 4.4 小结
• 5 具有重金属捕集功能的高分子絮凝剂MAC处理含Cr（Ⅵ）废水的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验仪器
• 5.2.2 实验试剂与材料
• 5.2.3 含Cr（Ⅵ）模拟废水的配制
• 5.2.4 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 pH值对MAC去除Cr（Ⅵ）和总铬的影响
• 3+对Cr（Ⅵ）的去除效果'>5.3.2 Al³⁺对Cr（Ⅵ）的去除效果
• 3+复配去除Cr（Ⅵ）及总铬的絮凝性能'>5.3.3 分段调节pH值,MAC与Al³⁺复配去除Cr（Ⅵ）及总铬的絮凝性能
• 5.4 小结
• 6 具有重金属捕集功能的高分子絮凝剂（MAC）处理实际电镀废水
• 6.1 概述
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 实际电镀废水水质
• 6.2.2 实验仪器
• 3+复配处理实际电镀废水'>6.2.3 分段调节pH值,MAC与Al³⁺复配处理实际电镀废水
• 6.3 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 镉的测定——直接吸入火焰原子吸收法
• 附录B 汞的测定——冷原子吸收分光光度法
• 附录C Cr（Ⅵ）的测定——二苯碳酰二肼分光光度法
• 附录D 总铬的测定——高锰酸钾氧化—二苯碳酰二肼分光光度法
• 附录E 铜的测定——二乙基二硫代氨基甲酸钠光度法
• 攻读学位期间的研究成果