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PDA的制备及对水中有机污染物的絮凝去除

张鹏  
【摘要】:邻苯二甲酸酯类化合物(PAEs)作为一种重要的化工原料,广泛应用于各个行业当中,导致了对环境的普遍污染。由于它还具有干扰人类及动物的内分泌系统的功能,能够损害生殖和发育,因此也被称为内分泌干扰物,环境激素。这类化学物质的性质很稳定,且在自然界中具有持久性、累积性、难自然降解的特点。当前作为城市水源水的许多江河、湖泊受到PAEs的普遍污染,如果不能将其控制在适当的浓度以下,将会对人类和动物的健康产生威胁,因此研究去除水体中PAEs的有效方法和技术已经变得十分迫切、必要。腐殖酸类物质(humic acid,HA)是天然水体中一类重要的有机物,也是天然有机物的重要组成成分,由于其特殊的化学结构和性质,也会对人体和水生生物产生影响,因此研究其去除方法、机理对于保障饮用水安全是必不可少的。 论文首先对常规絮凝法能否有效去除水体中的PAEs类物质进行了大量探讨实验,从而论证了应用絮凝法能够有效去除环境激素PAEs类物质,进而有针对性的合成了高性能的聚二甲基二烯丙基氯化铵-丙烯酰胺共聚物(PDA),并对得到的产物进行了表征,分析验证了PDA的性质。采用近红外反射光谱法,通过建立模型提出了测定PDA阳离子度和AM单体残留量的新方法。最后将制得的PDA产物应用于处理水体中PAEs类物质和HA,采用单因素实验对去除条件进行了优化,并研究其去除机理。 论文的主要研究结论如下: (1)采用絮凝法去除水体中PAEs类物质时,目标物为邻苯二甲酸二甲酯(DMP)和邻苯二甲酸二乙酯(DEP),发现有机絮凝剂PDMDAAC和CPAM对其有很好的去除效果,使用PDMDAAC时,对DMP的最大去除率可达到63.8%;使用自制CPAM时,对DMP的最大去除率可达到97.3%;当PDMDAAC与CPAM复合使用时,其中PDMDAAC为主絮凝剂,CPAM为助凝剂,对DMP的最大去除率可达到99.8%;PDMDAAC与CPAM对环境激素DEP也有很好的去除效果,最大去除率分别为49.2%、88.3%。采用主成分分析法得出:絮凝过程中对絮凝剂去除效果的影响依次为絮凝剂投加量 pH 搅拌时间沉降时间。 (2)采用反相乳液聚合法,以二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)与丙烯酰胺(AM)单体为原料,研究了引发体系、引发剂用量、引发剂质量比、单体配比、油水体积比、体系pH值、EDTA加入量、反应时间、氮气通入时间对特性粘度的影响,确定了较优的制备工艺条件。优化条件为:选用引发剂NaHSO_3与K_2S_2O_8为引发体系,氧化还原引发剂的最佳用量为0.03%,其中NaHSO_3与K_2S_2O_8质量比为5:3 ,单体DMDAAC与AM质量比为2:8,油水体积比为1:1.2,体系最佳pH值为8.0,1.0mol/L的EDTA加入量为0.6mL,反应时间为4.0h,通氮时间为40.0min。用红外光谱(FTIR)对自制产物的结构进行了表征,差热分析表明,产物常温下较稳定,不易发生分解,扫描电镜分析表明,PDA产物的表面结构具有大量相互交叉的蘑菇状结构,表面凸起较多,具有很强的吸附、架桥能力。 (3)利用化学法测定出产物PDA的阳离子度和残留AM单体的含量,再通过对PDA样品进行近红外反射光谱扫描,获得近红外光谱图,对图谱进行分析,采用小波分析法对光谱进行降噪处理,采用RBF神经网络的数学转换方法建立近红外反射光谱(NIRS)定标模型,建立PDA阳离子度的近红外预测模型,采用偏最小二乘法建立PDA中AM单体残留量的预测模型。 (4)采用强化絮凝法,将自制的PDA用于处理水体中PAEs时,发现去除效果与PDA投加量、溶液初始pH值、搅拌时间、沉降时间、PDA特性粘度等因素有关,而且自制絮凝剂PDA对PAEs类物质具有较好的去除效果。 (5)将PDA用于去除水体中HA,采用单因素分析法研究各个影响条件对去除效果的影响,取出絮凝后的絮体照片,通过显微镜拍摄絮体照片,采用分形维数法研究絮凝机理。


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