沸石負載接枝改性殼聚糖復合凈水劑去除污水COD的研究

王超莉，劉 堅，胡炎發(fā)，熊麗娟

(江西師范大學化學化工學院，江西南昌330022)

0 引言

近年來無機-有機材料復合型的凈水劑得到了迅速發(fā)展，它能克服單一型凈水劑的許多不足，其應用范圍廣，對低濃度或高濃度污水有良好的凈化效果，能提高有機物的去除率［1-5］.在對污水進行處理中，天然高分子逐漸成為一種新趨勢.殼聚糖是自然界第二大天然多糖，分子內(nèi)部含有羥基、氨基和糖苷鍵等多種活性官能團，通過接枝引入不同功能基團，進行進一步的化學修飾，在污水處理中有著獨特的功效和作用，由于它可生物降解，無二次污染，是一種新型的綠色生物材料［6］.沸石作為一種成本低廉的吸附材料，比表面積大，具有吸附、離子交換、密度小等特點，是一種有發(fā)展前途的水處理材料.利用沸石作載體，負載接枝改性殼聚糖，可澄清水質(zhì)，從而減少環(huán)境污染［7-14］.本文研究了沸石、鹽酸改性沸石、聚合氯化鋁(PAC)改性后的沸石、沸石負載接枝改性殼聚糖復合凈水劑去除生活污水中COD(Chemical Oxygen Demand)對比試驗，將無機-有機復合凈水劑與單一型的凈水劑處理污水效果進行對比，對COD的去除提供了一條新的思路.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

儀器:721分光光度計，78-2型磁力攪拌機，JJ-4A攪拌機，恒溫水浴池，真空干燥箱，COD-751-1型消解裝置，pH計;

試劑:沸石(河南鞏義，斜發(fā)沸石)、殼聚糖(CTS，化學純)、聚合氯化鋁(PAC，污水處理廠)、冰乙酸、鄰苯二甲酸氫鉀、鹽酸、碳酸鈉、氫氧化鈉、重鉻酸鉀、硫酸銀、濃硫酸、硫酸汞，均為分析純.

水樣:取自排污井的生活污水，COD為400mg·L-1，pH 值為 7.56.

1.2 凈水實驗及檢測方法

1.2.1 凈水實驗比較 分別取1000mL生活污水，投加0.2 g的不同的凈水劑，用攪拌機快攪(120 r·min-1)1 h，再慢攪(50 r·min-1)30min，然后靜置30min，用注射器(吸口直徑3mm)吸取距液面2cm處的上清液，待測.

1.2.2 測定方法 采用快速消解分光光度法檢測水體COD，其去除率的計算公式為

其中A0表示原水的吸光度;A表示處理后的水的吸光度.

1.2.3 COD標準曲線的繪制 用鄰苯二甲酸氫鉀配成標準COD系列，采用恒溫170℃密閉消解法在610 nm波長處進行分光光度測定.以測得的吸光度為橫坐標，對應的COD值為縱坐標繪制標準曲線，結(jié)果見圖1.

圖1 COD與吸光度的關(guān)系曲線

1.3 復合凈水劑的SEM表征

使用掃描電鏡觀察沸石負載接枝改性殼聚糖復合凈水劑表面形貌結(jié)構(gòu)，見圖2.

圖2 復合凈水劑的SEM圖

2 結(jié)果與討論

2.1 復合凈水劑電鏡掃描(SEM)分析

由圖2可知，殼聚糖高分子接枝物與PAC復合后負載在沸石上，已將沸石包裹了，形成了不規(guī)則的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大大增加了其表面積，對污水處理效果更好.包裹后的產(chǎn)品性質(zhì)比較穩(wěn)定.

2.2 不同凈水劑處理污水COD值效果比較

不同凈水劑處理污水對比實驗:將粒度為1.0～1.5mm的天然沸石1#、用酸處理的改性沸石2#、聚合氯化鋁(PAC)改性后的沸石3#以及沸石負載接枝改性殼聚糖復合凈水劑4#各0.2 g分別對1 L污水進行處理，室溫攪拌2 h后，測出水COD值，去除的效果見表1.

表1 不同凈水劑處理污水中COD的效果比較

1#:不經(jīng)任何處理的沸石;2#:采用酸處理的改性沸石;處理方法是將沸石用10%HCl浸泡，90℃下活化6 h，再用Na2CO3溶液中和至pH值為6～7，洗滌、干燥、焙燒;3#:采用聚合氯化鋁(PAC)改性后的沸石;處理方法是將沸石用PAC溶液浸泡6 h后用NaOH調(diào)至微堿性，洗滌、干燥、焙燒3 h;4#:沸石負載接枝改性殼聚糖無機-有機復合凈水劑.

從表2可以看出，用不同的凈水劑對COD的去除效果不同.不經(jīng)任何處理的天然沸石對COD去除率比較低，采用聚合氯化鋁(PAC)改性后的沸石比采用酸浸泡處理沸石對COD去除效果更強，說明沸石吸附Al3+焙燒后，能更好地降低污水中的COD值.而用沸石負載接枝改性殼聚糖無機-有機復合凈水劑由于表面(及內(nèi)部孔隙)吸附作用和離子交換作用，從而使COD的去除效果明顯提高，去除率可達81%，由此可見，采用酸處理的沸石和用聚合氯化鋁改性沸石對降低COD具有一定的效果，而采用沸石負載接枝改性殼聚糖復合凈水劑處理污水中的COD對提高水處理效果非常有效.

3 結(jié)論

SEM表明沸石負載接枝改性殼聚糖的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)明顯改善，從而使其產(chǎn)物表面積增大，提高了其吸附性能、架橋能力，能夠有效地去除生活污水中的COD，且去除效率較高.通過對沸石、酸改性沸石、聚合氯化鋁(PAC)改性后的沸石、沸石負載接枝改性殼聚糖無機-有機復合凈水劑去除COD對比試驗，與其他的改性沸石凈水劑比較，沸石負載接枝改性殼聚糖復合凈水劑去除生活污水COD效果顯著，對于COD濃度為400mg·L-1的污水，在室溫條件下，經(jīng)2 h攪拌接觸，COD濃度可降至78mg·L-1，去除率高于81%.

［1］夏德強，王萍，付君善，等.新型環(huán)保絮凝劑APAC的制備及性能表征［J］.中國給水排水，2008，24(15):82-85.

［2］譚江月.高分子絮凝劑CPF的合成和用于生活污水處理研究［J］.環(huán)境工程學報，2007，1(5):51-54.

［3］胡恭任，于瑞蓮.復合絮凝劑Al2(SO4)3+-PAM處理生活污水中CODCr和濁度的實驗研究［J］.環(huán)境技術(shù)，2004，4:29-31.

［4］趙君，張勇，劉玉波，等.A2/O工藝抗焦化廠區(qū)廢水負荷波動能力研究［J］.江西師范大學學報:自然科學版，2013，37(5):519-522.

［5］方盧秋，李秋.脫水污泥活性炭的制備及其吸附特性研究［J］.江西師范大學學報:自然科學版，2013，37(3):306-309.

［6］黨明巖，張廷安.交聯(lián)殼聚糖的合成及其吸附處理廢水的研究進展［J］.環(huán)境保護科學，2004，124:4-6.

［7］趙春輝，于衍真，馮巖.沸石的改性與再生及其在水處理中的應用［J］.江蘇化工，2008，36(4):20-24.

［8］劉春英，袁存光，孔慶池，等.改性沸石深度處理石油污水的實驗研究［J］.精細石油化工進展，2006，7(11):49-52.

［9］黎曉霞，劉炳娟，蔡河山.天然沸石對廢水中低濃度氨氮的去除研究［J］.江西師范大學學報:自然科學版，2013，17(1):89-92.

［10］劉通，閆剛，姚立榮，等.沸石的改性及其對水源水中氨氮去除的研究［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2011，38(2):97-101.

［11］夏德強，王萍，付君善，等.721分光光度計快速測定廢水中 COD的方法探討 J］.福建分析測試，2008，17(4):14-17.

［12］Leyva-Ramos R，Monsivais-Rocha J E，Aragon-PinaA，et al.Removal of ammonium from aqueous solution by ion exchange on natural andmodified chabazite［J］.J Environ Manage，2010，91(12):2662-2668.

［13］You Lijun，Lu Feifei，Li Dan，et al.Preparation and flocculation properties of cationic starch chitosan crosslink ingcopolymer［J］.Journal of Hazardous Materials，2009，172:38-45.

［14］朱家亮，郝碩碩，吳文惠，等.改性沸石對銅吸附性能的研究［J］.西南大學學報:自然科學版，2012，34(11):52-56.