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壳聚糖的改性及其在造纸废水中的应用

杨宁  
【摘要】:在各类工业废水的治理中,造纸废水是目前我国有害、难处理的工业废水之一,其排放量大、色度深、有机污染物含量高而且在造纸工业制浆过程中,只利用原料中的纤维部分,其余约一半左右原料有机物被溶解成废液排掉,造成环境污染和资源浪费。而絮凝剂在造纸废水的处理过程中起着关键的作用。在天然高分子絮凝剂中壳聚糖是资源丰富的一种絮凝剂,它具有生物降解性和可再生的特点且其特殊的分子结构,分子链上分布着许多氨基、羟基以及N-乙酰基等活性基团,对造纸废水有较好的絮凝效果,但由于其阳离子性较弱,对杂质的吸附能力不够;适用的pH值范围较窄等特点,限制了其在废水中的应用。本文主要研究壳聚糖(CTS)化学改性物的制备及其在造纸废水中的应用以及对纸张的增强效果。 (1)通过水溶液聚合法将丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)接枝到壳聚糖大分子链上,探讨了聚合温度、引发剂浓度、壳聚糖脱乙酰度和单体添加顺序等对聚合反应的影响,确定了较佳反应条件为:聚合温度为50℃,壳聚糖脱乙酰度为86%,引发剂浓度(单体总量)为0.06%,单体投加顺序为先AM后DMC,此时具有较佳的接枝效率87%。正交实验结果表明:对反应影响较大的因素依次是聚合温度、引发剂浓度、脱乙酰度和单体投加顺序。通过红外光谱和X射线衍射光谱及扫描电镜谱图结果表明,共聚反应有效进行并制备了新的CTS-AM-DMC接枝共聚物。这种产物使造纸废水中透光率得到提高,COD_(Cr)得到一定的降低,也可使纸张强度得到很大增强。 (2)通过反相悬浮聚合法将壳聚糖和阳离子聚丙烯酰胺交联在一起,探讨了甲醛用量、壳聚糖质量分数和阳离子聚丙烯酰胺用量对制备交联聚合物的影响,实验获得较佳的反应条件为:聚合温度为45℃,壳聚糖质量分数8%,阳离子聚丙烯酰胺溶液(固含量为23%)6g,交联剂甲醛溶液0.25g,span80溶液1g,此时具有较佳的交联度为70%。通过红外光谱和X射线衍射光谱以及扫描电镜光谱分析结果表明,共聚反应得到了新的壳聚糖衍生物CTS-CPAM,这种产品使造纸废水中透光率得到提高,COD_(Cr)得到降低,这种交联聚合物也可提高纸张强度。 (3)通过对CPAM和聚硫酸铁(PFS)-CPAM复合絮凝剂以及CTS-CPAM复合絮凝剂处理废水进行比较,结果表明:当pH为6时,在100mL兄弟造纸厂废水中投加0.6ml质量分数为1%的PFS和12mg CPAM复合絮凝剂,COD_(Cr)值降到8mg/L,是同条件下效果最好的。而且从处理废水的综合效果来看复合絮凝剂的效果比单一絮凝剂的效果好。


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