兩性高分子絮凝劑聚乙烯亞胺基黃原酸鈉除濁性能

王 剛,李 嘉,何寶菊,徐 敏,常 青

兩性高分子絮凝劑聚乙烯亞胺基黃原酸鈉除濁性能

王 剛*,李 嘉,何寶菊,徐 敏,常 青

(蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730070)

以不同分子量的聚乙烯亞胺(PEI)為母體,通過化學(xué)反應(yīng)將二硫代羧基引入到其分子鏈中,制備出3種新型高分子絮凝劑聚乙烯亞胺基黃原酸鈉(PEX),采用2種性質(zhì)不同的高嶺土配制的含濁水樣作為考察對象,通過絮凝實(shí)驗(yàn)法研究PEX對水樣中濁度的去除性能.結(jié)果表明,3種PEX對不同性質(zhì)含濁水樣中濁度的去除性能具有一定的差異,濁度的最高去除率隨著PEX分子量的增加而升高,隨著原濁的增加而略有升高.PEX為兩性聚電解質(zhì),PEX-1、PEX-6、PEX-60溶液的等電點(diǎn)pHiep分別為3.8、5.0、8.7;當(dāng)體系初始pH值位于3種PEX各自等電點(diǎn)處,濁度的去除率最高,可分別達(dá)到98.6%、96.6%、91.3%.含濁水樣中共存Cu(II)或Ni(II)時,可明顯提高濁度的去除效果.體系中余濁隨著靜置后Zeta電位絕對值的降低(升高)而減小(增大).

高分子絮凝劑；兩性聚電解質(zhì)；濁度；等電點(diǎn)；Zeta電位

高分子重金屬絮凝劑是一類具有重金屬捕集功能的新型高分子絮凝劑,其應(yīng)用于廢水處理中既能除去溶解態(tài)重金屬離子,又能降低水中致濁物質(zhì)的含量[1-3].作為該類高分子絮凝劑其中的一種—聚乙烯亞胺基黃原酸鈉(PEX),是將重金屬離子的強(qiáng)配位基團(tuán)二硫代羧基通過化學(xué)反應(yīng)引入到聚乙烯亞胺高分子鏈中[4].PEX對廢水樣中各種重金屬離子表現(xiàn)出良好的去除效果[5-8].然而,在前期的研究中,關(guān)注更多的是PEX處理重金屬離子,對廢水樣中致濁物質(zhì)(濁度)的去除性能研究甚少,僅將濁度作為PEX去除重金屬離子性能的影響因素進(jìn)行考察.水中致濁顆粒物是造成水質(zhì)渾濁、水質(zhì)污染以及水質(zhì)惡化的重要原因[9-10],因此降低水體中的濁度可減輕水質(zhì)污染帶來的危害.

本研究以2種不同性質(zhì)的高嶺土作為水中的致濁物質(zhì),考察了自制的3種不同分子量的高分子絮凝劑PEX對水樣中濁度的去除性能,研究了初始pH值、初始濁度、共存重金屬離子對PEX除濁性能的影響,并探討了PEX絮凝除濁過程中Zeta電位的變化,以期拓寬PEX在水處理中的應(yīng)用范圍,提供其除濁相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論指導(dǎo).

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

TS6-1型程控混凝試驗(yàn)攪拌儀(武漢恒嶺科技有限公司);Orion828型pH測試儀(美國奧立龍中國公司);Nano-ZS90型Zeta電位儀(英國馬爾文公司);2100P型濁度儀(美國哈希公司).

聚乙烯亞胺(PEI);二硫化碳(CS2);氫氧化鈉(NaOH);鹽酸(HCl);氯化鎳(NiCl2·6H2O);氯化銅(CuCl2·2H2O);高嶺土;以上試劑除高嶺土為化學(xué)純外,其他均為分析純.

PEX由PEI、CS2和NaOH為原料在實(shí)驗(yàn)室自制[4],將采用的母體PEI分子量為1萬、6萬、60萬~100萬分別記為PEI-1、PEI-6、PEI-60,對應(yīng)制備的PEX記為PEX-1、PEX-6、PEX-60.

1.2 含濁水樣

以高嶺土與蒸餾水配制成濃度為1%的高嶺土懸濁液,用自來水將其稀釋成一定濁度的含濁水樣.實(shí)驗(yàn)采用2種性質(zhì)不同的高嶺土,購自天津市巴斯夫化工有限公司和上海建信化工有限公司試劑廠,分別記為TB-N和TB-P.

1.3 絮凝實(shí)驗(yàn)

取400mL含濁水樣于燒杯中,用HCl溶液或NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值;采用程控混凝試驗(yàn)攪拌儀投加一定量的PEX,以轉(zhuǎn)速為120r/min快攪2min,再以轉(zhuǎn)速為40r/min慢攪10min,靜置沉降10min后用取樣管移取上清液進(jìn)行分析測試.

1.4 分析方法

PEX溶液渾濁度和水樣濁度均采用濁度計(jì)測定,所有Zeta電位采用Zeta電位儀測定;濁度和Zeta電位均進(jìn)行3次測定,結(jié)果取其平均值.

2 結(jié)果與討論

2.1 含濁水樣的性質(zhì)

分別移取5.0mL2種性質(zhì)不同的高嶺土懸濁液(1%),用自來水稀釋為400mL含濁水樣.經(jīng)測試,TB-N水樣初始濁度為92.4NTU,TB-P水樣初始濁度為139.7NTU.用HCl溶液或NaOH溶液調(diào)節(jié)其pH值,測定不同pH值下含濁水樣的Zeta電位和剩余濁度.結(jié)果見圖1.

由圖1可知,2種含濁水樣性質(zhì)完全不同,在研究的pH值范圍內(nèi)(2.0~10.0),隨著pH值的升高,TB-N水樣的Zeta電位由正值變?yōu)樨?fù)值再變?yōu)檎?在pH值為2.5和8.3處出現(xiàn)2個零電位點(diǎn),而TB-P水樣的Zeta電位均為正值.體系pH值對濁度的影響較大,TB-N和TB-P水樣的剩余濁度均隨著pH值的降低而減小.當(dāng)pH值低于水樣初始pH值(7.7)時,體系的剩余濁度均小于初始濁度,這表明調(diào)節(jié)水樣pH值為酸性條件時其本身對濁度也有一定的去除作用;當(dāng)pH值高于水樣初始pH值時,可能由于體系中生成Ca、Mg的氫氧化物沉淀致使剩余濁度明顯高于初始濁度.由于pH值自身對濁度的去除作用,當(dāng)體系pH值從7.0降到2.0時,TB-N水樣中濁度的去除率為7.0%~60.2%,TB-P水樣中濁度的去除率為18.4%~99.2%,可見pH值對TB-P水樣濁度去除的影響更顯著.實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),當(dāng)pH值低于5.0時,TB-P水樣變得澄清,肉眼無渾濁可見,而TB-N水樣在整個pH值范圍內(nèi)均呈渾濁狀,故后續(xù)實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)考察含濁水樣TB-N.

圖1 pH值對含濁水樣的影響

2.2 PEX溶液的性質(zhì)

配制濃度為60mg/L的PEX溶液,用HCl溶液或NaOH溶液調(diào)節(jié)其pH值,測定不同pH值下PEX溶液的Zeta電位和渾濁度.結(jié)果見圖2.

圖2(a)表明,3種PEX溶液的Zeta電位均隨著體系pH值的升高先由正值到零再變?yōu)樨?fù)值,PEX-1、PEX-6、PEX-60溶液分別在pH值為3.8、5.0、8.7處出現(xiàn)零電位點(diǎn),即等電點(diǎn)pHiep[11-12],說明高分子絮凝劑PEX為兩性聚電解質(zhì).圖2(b)表明,隨著體系pH值的減小,每種PEX在水溶液中的溶解性均先降低后升高,在各自等電點(diǎn)附近出現(xiàn)不溶區(qū)域,且pH值位于等電點(diǎn)時渾濁度達(dá)到最高值.實(shí)驗(yàn)中也觀察到調(diào)節(jié)pH值由高到低時,PEX-1、PEX-6溶液由澄清轉(zhuǎn)變?yōu)闇啙岷笥种饾u變得較渾濁;而PEX-60溶液由較渾濁轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼫啙岷笥种饾u變得較渾濁,在pH值為2.0時變得澄清.

由于PEX高分子鏈上同時含有二硫代羧基(—CSSH)和胺基(—NH2)[4,8].體系pH值較高時,二硫代羧基由于解離作用會以負(fù)離子(—CSS—)形式存在,胺基以—NH2形式存在;pH值較低時,胺基由于質(zhì)子化作用會以正離子(—NH3+)形式存在,二硫代羧基以—CSSH形式存在.當(dāng)PEX溶液從堿性被調(diào)節(jié)到酸性過程中,體系的Zeta電位從負(fù)值到正值,且在負(fù)電荷數(shù)量與正電荷數(shù)量相等時,Zeta電位為零,出現(xiàn)等電點(diǎn).因?yàn)?種PEX高分子鏈上含有的二硫代羧基和胺基數(shù)量(或比例)不同,其等電點(diǎn)值也不相同.

當(dāng)PEX溶液的pH值大于或小于等電點(diǎn)時,Zeta電位為負(fù)值或正值,由于靜電斥力作用使PEX高分子鏈更易伸展,增強(qiáng)了離子化作用,PEX溶解度增大,體系渾濁度減小.當(dāng)PEX溶液的pH值位于等電點(diǎn)時,Zeta電位為零,由于分子間范德華引力起主要作用而使PEX高分子鏈轉(zhuǎn)變?yōu)榫o縮狀態(tài),分子構(gòu)象更加緊密,PEX溶解度降低,體系渾濁度升高且達(dá)到最大[13-15].

2.3 除濁性能比較

分別取含濁水樣TB-N(原濁92.4NTU)和TB-P(原濁139.7NTU),初始pH值均為7.7;投加不同的PEX或PEI進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn),比較各種PEX及其母體PEI對不同性質(zhì)含濁水樣中濁度的去除性能.結(jié)果如圖3所示.

從圖3可以看出,3種PEX及其母體PEI對不同性質(zhì)含濁水樣中濁度的去除存在一定的差異.圖3(a)表明,對于含濁水樣TB-N,在整個研究的PEX投加范圍內(nèi),PEX-60對濁度的去除效果最好;PEX投加量為4~24mg/L時,PEX-1對濁度的去除能力高于PEX-6;PEX投加量為28~48mg/L時,PEX-6對濁度的去除能力反而高于PEX-1;在較低投藥量下, PEX-1除濁能力高于其母體PEI-1;投藥量較高時, PEX-1除濁能力低于其母體PEI-1;在整個投藥范圍內(nèi),PEX-6、PEX-60的除濁能力均高于其母體PEI-6、PEI-60.圖3(b)表明,對于含濁水樣TB-P, PEX對濁度的去除順序?yàn)镻EX-60> PEX-6>PEX-1; PEX-1、PEX-6的除濁能力均低于其母體PEI-1、PEI-6,PEX-60的除濁性能高于其母體PEI-60.

絮凝劑的絮凝作用機(jī)理主要包括壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋以及網(wǎng)捕卷掃等,一般認(rèn)為高分子絮凝劑以吸附電中和、吸附架橋作用為主,且絮凝劑的分子量越大,吸附架橋作用越強(qiáng)[16-18].當(dāng)體系pH值為7.7時,TB-N、TB-P水樣中致濁顆粒物表面Zeta電位分別為負(fù)值、正值(圖1),PEX-1、PEX-6、PEX-60分子鏈表面Zeta電位分別為負(fù)值、負(fù)值、正值,且Zeta電位的絕對值由大到小為PEX-60、PEX-6、PEX-1(圖2).對于TB-N水樣,PEX-60與致濁顆粒物之間表現(xiàn)為靜電引力作用,PEX-6、PEX-1與致濁顆粒物之間為靜電斥力作用,且PEX-1的靜電斥力小于PEX-6;PEX-60因吸附架橋與吸附電中和(靜電引力)共同作用使其對濁度的去除效果最好;低投藥量下,可能因?yàn)槲郊軜蜃饔镁^弱,靜電斥力更小的PEX-1除濁性能高于PEX-6;投藥量繼續(xù)增加后,一方面分子鏈較長的PEX-6吸附架橋作用增強(qiáng),另一方面分子量較小的PEX-1可能投加過量,使絮體周圍負(fù)電荷增加產(chǎn)生靜電斥力作用而出現(xiàn)再穩(wěn)現(xiàn)象,致使PEX-6除濁能力高于PEX-1.對于TB-P水樣,PEX-60與致濁顆粒物之間為靜電斥力作用,PEX-6、PEX-1與致濁顆粒物之間為靜電引力作用;PEX-60對濁度的去除率仍為最高的原因可能是PEX-60分子量更高,其分子鏈更長,吸附架橋作用更強(qiáng),遠(yuǎn)大于靜電斥力作用的影響;分子量較大、靜電吸引更大的PEX-6除濁能力優(yōu)于PEX-1,表明它們的除濁機(jī)理為吸附架橋與吸附電中和共同作用.

由于PEX分子鏈上接枝了二硫代羧基,使其相對于母體PEI的分子鏈更長,吸附架橋作用更明顯,因此PEX對TB-N水樣中濁度的去除效果總體上更優(yōu)于母體PEI;而高投藥量下PEX-1除濁能力低于其母體PEI-1的原因可能為:PEX-1已投加過量,絮體周圍由于過剩負(fù)電荷的靜電排斥作用產(chǎn)生再穩(wěn)現(xiàn)象,不利于吸附架橋的發(fā)生[16],絮體不易聚集沉降,濁度的去除有所降低;而母體PEI-1在對應(yīng)的投加量下還沒過量,未出現(xiàn)再穩(wěn)現(xiàn)象.對于TB-P水樣,呈現(xiàn)出“分子鏈更長、與致濁顆粒物之間為靜電引力的PEX-1、PEX-6對濁度的去除能力均低于其母體PEI-1、PEI-6”的現(xiàn)象無法采用上述吸附架橋與吸附電中和作用機(jī)理進(jìn)行解釋,有待進(jìn)一步探究.

2.4 初始pH值的影響

取含濁水樣TB-N(原濁92.4NTU),調(diào)節(jié)其pH值后投加不同的PEX進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn),研究水樣初始pH值對3種PEX除濁性能的影響.結(jié)果見圖4.

由圖4可知,體系初始pH值對PEX除濁性能影響較大,且與PEX的等電點(diǎn)密切相關(guān).當(dāng)水樣pH值處于各種PEX的等電點(diǎn)時(PEX-1為3.8、PEX-6為5.0、PEX-60為8.7),PEX對濁度的去除效果最好,濁度的最高去除率分別達(dá)到98.6%、96.6%、91.3%;pH值低于PEX等電點(diǎn)時,濁度的去除率有所降低,但降幅較小;pH值高于PEX等電點(diǎn)時,濁度的去除率降低更明顯,且pH值越高,降幅越大.這與其他學(xué)者的研究結(jié)果[19-20]類似.

如前述,PEX為兩性聚電解質(zhì),在等電點(diǎn)時由于分子間范德華引力作用使PEX高分子鏈卷曲,自身形成不溶性微粒,這些微粒與水樣中致濁顆粒物間通過范德華引力作用發(fā)生碰撞,增強(qiáng)了PEX對顆粒物的吸附架橋作用,提高了濁度的去除.此外,在PEX卷縮為微粒的過程中,會包裹水樣中部分致濁顆粒物,形成更大的絮體顆粒,增強(qiáng)了沉降性能,也會促進(jìn)濁度的去除.當(dāng)水樣pH值低于PEX等電點(diǎn)時,PEX高分子鏈表面Zeta電位為正值(圖2),致濁顆粒物TB-N表面Zeta電位在pH=2.0時為正值、pH=5.0時為負(fù)值(圖1).在pH值為2.0時TB-N顆粒物與PEX之間由于存在靜電斥力作用使其不易凝聚成大顆粒,濁度的去除相對于等電點(diǎn)時有所降低,但該pH值下濁度去除效果仍較好的主要原因可能為pH值自身對濁度就具有很好的去除效果(圖1);對于PEX-60,在pH值為5.0時TB-N顆粒物與PEX之間由于存在靜電引力而使它們之間發(fā)生電中和作用也可促進(jìn)濁度的去除.當(dāng)水樣pH值高于PEX等電點(diǎn)時,PEX高分子鏈表面Zeta電位為負(fù)值(圖2),致濁顆粒物TB-N表面Zeta電位在pH=2.5~8.3時為負(fù)值,其他pH值下為正值(圖1);PEX-1、PEX-6分別在pH值為6.0、7.0時由于較強(qiáng)的靜電斥力作用減少了其與TB-N顆粒物之間的碰撞幾率,不易形成大顆粒,表現(xiàn)為高pH值時濁度去除率降低;當(dāng)體系pH值為9.0或10.0時,可能由于生成Ca、Mg的氫氧化物沉淀致使體系濁度增加,濁度去除率明顯降低,濁度去除的降幅增大.

2.5 初始濁度的影響

分別移取2.5,5.0,10.0mL高嶺土懸濁液TB-N (1%)于400mL自來水中,配制成不同初始濁度的含濁水樣TB-N.經(jīng)測試,水樣原濁分別為39.8、92.4、214.7NTU,計(jì)為原濁-40、原濁-90、原濁-200,水樣pH值為7.70~7.76.取上述含濁水樣投加不同的PEX進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn),研究水樣初始濁度對3種PEX除濁性能的影響.結(jié)果見圖5.

圖5表明,3種PEX對原濁不同的含濁水樣均有一定的去除效果,且濁度的最高去除率隨著原濁的增加而略有升高;總體上PEX-60對不同原濁的含濁水樣中濁度的去除率均明顯高于PEX-1、PEX-6,且達(dá)到較高去除率時對應(yīng)的投藥范圍也較寬.由于PEX長分子鏈的吸附架橋作用使體系中細(xì)小的致濁物質(zhì)聯(lián)結(jié)成較大的絮體顆粒而利用沉降被除去,當(dāng)水樣中原濁增大,細(xì)小顆粒物數(shù)目增多,顆粒間碰撞幾率增加,范德華引力增大,吸附架橋作用增強(qiáng),濁度的去除率升高.PEX-60除濁效果明顯高于PEX-1、PEX-6的原因同前述,即吸附架橋的增強(qiáng)和靜電吸引的共同作用所致.

2.6 共存重金屬的影響

取含濁水樣TB-N(原濁92.4NTU、pH值7.7),分別加入重金屬離子Cu(II)、Ni(II),使其濃度均為25mg/L;然后投加不同量的PEX-1進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn),研究水樣中共存金屬離子對PEX-1除濁性能的影響.結(jié)果見圖6.

由圖6可知,當(dāng)體系中共存Cu(II)或Ni(II)時, PEX-1對濁度的去除效果明顯高于僅含有濁度的單一體系,且共存Ni(II)比共存Cu(II)水樣中濁度的去除率更高,相應(yīng)濁度的最高去除率分別為99.0%、98.1%.由于PEX-1分子鏈中的二硫代羧基能夠與Cu(II)、Ni(II)發(fā)生螯合反應(yīng)[5,7],生成大量的沉淀物顆粒,其在沉降過程中可發(fā)揮網(wǎng)捕、卷掃作用,將水樣中細(xì)小的致濁顆粒物或PEX與致濁顆粒物形成的微小絮體顆粒網(wǎng)捕下來,大大促進(jìn)了濁度的去除.實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)當(dāng)PEX投加到共存體系中,立即出現(xiàn)大量的大絮體,在靜置過程中,5min內(nèi)絕大多數(shù)絮體沉降于燒杯底部,上清液清澈.

圖6 共存重金屬離子對PEX-1除濁性能影響

2.7 絮凝過程Zeta電位變化

2.7.1 不同PEX投加量下Zeta電位變化 取含濁水樣TB-N(原濁92.4NTU、pH值7.7),投加不同量的PEX進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn),分別在快攪2min、慢攪10min、靜置10min后取樣測定其Zeta電位,研究3種PEX的投加量對絮凝過程中不同階段Zeta電位變化的影響.結(jié)果見圖7.

從圖7可以看出,在含濁水樣中投加PEX-1或PEX-6后,不同投藥量下快攪、慢攪、靜置3個階段的Zeta電位均為負(fù)值,而投加PEX-60后對應(yīng)的均為正值;且投加各種PEX后快攪時Zeta電位的絕對值總體上小于慢攪.快攪、慢攪時Zeta電位絕對值隨著PEX-1或PEX-6投加量的增加逐漸升高后趨于穩(wěn)定,隨著PEX-60投加量的增加先降低后升高.投加3種PEX絮凝沉淀完成后,體系中剩余濁度與快攪、慢攪時Zeta電位均無明顯的相關(guān)性,而與靜置后的Zeta電位絕對值均具有一定的正相關(guān),即余濁隨著Zeta電位絕對值的降低(升高)而減小(增大).

由于所取含濁水樣初始pH值為7.7,在此條件下PEX-1、PEX-6自身帶有負(fù)電荷,PEX-60帶有正電荷,致濁顆粒物表面帶有負(fù)電荷(測得Zeta電位為-13.3mV).當(dāng)投加PEX后,在快攪的混合階段PEX迅速分散,與顆粒物形成絮體并包裹在絮體周圍[21],因此當(dāng)投加PEX-1、PEX-6后快攪時體系的Zeta電位變的更負(fù),投加PEX-60后Zeta電位轉(zhuǎn)變?yōu)檎?在慢攪階段絮體逐漸變大,絮體周圍形成更多的PEX包裹層,故慢攪時體系中Zeta電位的絕對值大于快攪.隨著PEX-1、PEX-6投加量的增加,體系的Zeta電位絕對值逐漸升高,顆粒物間靜電斥力較大,但仍能生成較大的絮體,說明絮凝機(jī)理以吸附架橋?yàn)橹?隨著PEX-60(帶有正電荷)投加量的增加,體系的Zeta電位先降低后升高,說明絮凝機(jī)理以吸附電中和與吸附架橋?yàn)橹?這與前述解釋相符.因?yàn)榭鞌嚒⒙龜嚂r體系中絮體還處于不穩(wěn)定狀態(tài),所以Zeta電位與剩余濁度無明顯的相關(guān)性.當(dāng)絮凝沉淀完成靜置10min后,較大絮體沉淀在燒杯底部,少部分較小的絮體懸浮在體系中,并趨于穩(wěn)定的分散狀態(tài),此時水樣中剩余濁度與Zeta電位具有一定的相關(guān)性.由于Zeta電位絕對值較低的體系中顆粒間靜電排斥力較小易于聚沉[22],故水樣的余濁較低.

2.7.2 不同pH值下Zeta電位變化 取含濁水樣TB-N(原濁92.4NTU),調(diào)節(jié)其pH值后投加不同的PEX(24mg/L)進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn),分別在快攪2min、慢攪10min、靜置10min后取樣測定其Zeta電位,研究pH值對3種PEX絮凝過程中不同階段Zeta電位變化的影響.結(jié)果見圖8.

由圖8可知,在含濁水樣中投加PEX-1或PEX-6后,隨著體系pH值的增加,快攪、慢攪、靜置3個不同階段的Zeta電位均由正值轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)值,投加PEX-60后Zeta電位均為正值.投加3種PEX后3個階段的Zeta電位絕對值均隨著pH值的增加而先減小后增大,且絮凝沉淀完成后體系中剩余濁度均隨著靜置后Zeta電位絕對值的降低(升高)而減小(增大).

當(dāng)含濁水樣中投加PEX后,其與致濁顆粒物凝結(jié)為絮體并形成PEX包裹層,使得體系的帶電性質(zhì)主要取決于PEX.在PEX等電點(diǎn)前,PEX帶有正電荷,體系Zeta電位為正值;隨著pH值逐漸升高,PEX分子鏈表面Zeta電位降低,體系Zeta電位隨之減小.當(dāng)體系pH值高于PEX等電點(diǎn),PEX帶負(fù)電荷且Zeta電位絕對值升高,投加PEX-1或PEX-6體系中Zeta電位也轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)值,且其絕對值逐漸升高.而投加PEX-60體系的Zeta電位仍為正值的原因可能是pH值8.3~10.0時致濁顆粒物表面Zeta電位為正值(圖1),此時PEX-60雖然帶有負(fù)電荷,但Zeta電位值較小(圖2),不能完全中和致濁顆粒物表面的正電荷,致使體系仍帶正電荷,由此也可以說明PEX-60的絮凝機(jī)理包含吸附電中和與吸附架橋作用.體系中剩余濁度與靜置后Zeta電位之間變化規(guī)律的原因與前相似;且在PEX各自的等電點(diǎn)處,體系中顆粒間靜電排斥力最小,最容易聚沉[22],此時余濁最低.

3 結(jié)論

3.1 3種PEX對不同帶電性質(zhì)含濁水樣中的濁度均有一定的去除效果,但其除濁性能存在差異,總體上分子量較大的PEX-60除濁能力最好,其次為PEX-6、PEX-1.

3.2 體系初始pH值位于PEX等電點(diǎn)時,PEX除濁效果最好;而pH值低于或高于PEX等電點(diǎn),水中濁度的去除率均有所降低.

3.3 含濁水樣中共存Cu(II)或Ni(II)等重金屬離子時,PEX對濁度的去除效果明顯提高.

3.4 含濁水樣中投加PEX后,不同投藥量、不同pH值下快攪、慢攪、靜置3個階段的Zeta電位不盡相同;而體系中剩余濁度均隨著靜置后Zeta電位絕對值的降低(升高)而減小(增大),表現(xiàn)出一定的正相關(guān)性.

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Removal performance for turbidity by amphoteric macromolecule flocculant with polyethyleneimine-sodium xanthogenate.

WANG Gang*, LI Jia, HE Bao-ju, XU Min, CHANG Qing

(School of Environmental and Municipal Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China)., 2018,38(12)：4537~4544

Three kinds of novel macromolecule flocculant, called polyethyleneimine-sodium xanthogenate (PEX), were prepared by chemical reaction to graft dithiocarboxylic groups onto three different molecular weights of polyethyleneimine. The removal performance of turbidity by PEX was studied with two different types of turbidity-containing water samples through using flocculation experiments. The results showed that the three kinds of PEX had different removal properties for turbidity with the different turbidity-containing water samples. The highest removal efficiency of turbidity increased with the increase of the molecular weights of PEX, and slightly increased with the increase of the original turbidity of water samples. When pH value of the water samples reached the isoelectric point (pHiep) of PEX, the removal rate of turbidity was highest, and reached 98.6%, 96.6% and 91.3% at pHiepof 3.8, 5.0 and 8.7 for PEX-1, PEX-6 and PEX-60, respectively. The removal efficiency of turbidity was obviously improved with the coexistence of Cu(II) or Ni(II) in the water samples. The residual turbidity decreased or increased with the decrease or increase of the absolute value of zeta potential in the system.

macromolecule flocculant；amphoteric polyelectrolyte；turbidity；isoelectric point；zeta potential

X703

A

1000-6923(2018)12-4537-08

王 剛(1981-),男,內(nèi)蒙古烏盟人,副教授,博士,主要從事污染控制化學(xué)研究.發(fā)表論文30余篇.

2018-04-24

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51368030)

* 責(zé)任作者, 副教授, gangw99@mail.lzjtu.cn