三聚氰胺-乙二醛缩聚物脱色絮凝剂的合成及其应用

Posted 2023-01-12 氯化铵

篇首语：人老心不老，身穷志不穷。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了三聚氰胺-乙二醛缩聚物脱色絮凝剂的合成及其应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

以三聚氰胺和乙二醛等为原料，以氯化铵为催化剂合成三聚氰胺-乙二醛缩聚物脱色絮凝剂。采用正交试验研究了乙二醛用量、氯化铵用量、反应温度和反应时间等因素对合成脱色絮凝剂的废水脱色率和COD去除率的影响。研究结果表明：合成三聚氰胺-乙二醛缩聚物脱色絮凝剂的优化工艺条件为：三聚氰胺10g，乙二醛58g，氯化铵10g，反应温度60℃，反应时间为4h。产品的絮凝脱色性能良好，脱色率为94%～96%，COD去除率为49%～57%。
双氰胺-甲醛缩聚物为20世纪90年代问世的一种新型高效脱色剂[1-2]，但在处理印染废水时，存在沉淀或气浮效果欠佳及成本较高等不足之处，而且在生产、使用、贮存过程中会释放有害的甲醛气体，对环境和人体健康造成危害。从而制约了该产品在染料及印染废水处理领域的应用与推广。
三聚氰胺乙二醛树脂富含极性键(C—N，N—H)，在改性后可具有离子性，通过改变合成条件，控制产物聚合度、相对分子质量、离子特性等，使其具备良好的水溶性以及电荷中和、吸附架桥和表面吸附作用，从而破坏废水悬浮胶粒在体系中的稳定性，促使相互碰撞增大粒子体积，达到加速沉降的目的。本研究提供了一种适于印染废水脱色絮凝用的三聚氰胺-乙二醛缩聚物脱色絮凝剂的合成新工艺。该工艺及该产品用于废水处理方面的相关研究未见报道。采用正交试验法研究了乙二醛用量、氯化铵用量、反应温度和反应时间等因素对合成脱色絮凝剂的废水脱色率和COD去除率的影响。由于该产品不含甲醛，因而是一种绿色环保型的水处理剂，预期可以部分代替现在广泛使用的双氰胺-甲醛缩聚物脱色絮凝剂，具有重要的环保意义和推广应用前景。
1.试验部分
1.1试验原料与仪器
三聚氰胺、活性蓝KR为工业级?a href='http://www.baiven.com/baike/222/316529.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>灰叶⒙然А⑶庋趸啤⒘蛩帷⒘蛩嵋⒘蛩峁⒅馗跛峒亍⒘蛩嵫翘⒘诜锹蘖帧?a href='http://www.baiven.com/baike/220/260224.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>硫酸亚铁铵等均为分析纯试剂。HH-2型数显恒温水浴锅，JJ-1型精密定时电动搅拌器，TU-1901型双光束紫外可见分光光度计，EL204型电子天平等。
1.2试验方法
根据三聚氰胺-乙二醛缩聚物脱色絮凝剂合成工艺研究结果，发现物料配比、催化剂氯化铵用量、反应温度和反应时间对合成工艺过程的影响较大。本研究采用定量的三聚氰胺(10g)中加入乙二醛的方法来改变反应系统中的物料配比，采用正交试验法研究以上4个因素对三聚氰胺-乙二醛缩聚物脱色絮凝剂脱色率和COD去除率的影响。试验选用L16(44)正交表，各因素所选的水平见表1。

在装有搅拌器、冷凝管、温度计的250mL四口瓶中依次加入三聚氰胺、氯化铵，然后将水浴温度升至35℃时，开始用滴液漏斗分批加入乙二醛溶液，待物料温度升至45～50℃时出现放热现象，待放热高峰过后再加入余下的乙二醛溶液，逐步升温至预定的反应温度，搅拌反应一定的时间，冷却到室温即得到浅黄色粘稠状的三聚氰胺-乙二醛缩聚物脱色絮凝剂产品。
1.3废水的絮凝处理与测定
1.3.1废水的絮凝试验
在一组200mL的烧杯中加入配制的质量浓度为0.06g/L的活性蓝KR废水100mL，然后在烧杯中加入相同量(430mg/L)的絮凝剂，快速搅拌(120r/min)3min，再慢速搅拌(40r/min)12min，静置沉降12min后，取上层清液测定COD和色度。
1.3.2脱色率的测定
脱色率按文献介绍的方法测定。测出处理前稀释同样倍数的原溶液的最大吸收波长及吸光度(A0)；再在最大吸收波长处测出处理后稀释同样倍数的上层清液的吸光度(A)。然后计算脱色率D：
D=(A0-A)/A0×100%
1.3.3COD去除率的测定
COD去除率按文献介绍的方法测定。测出处理前稀释同样倍数的原溶液的COD值(COD0)；然后测出处理后稀释同样倍数的上层清液的COD。然后计算COD去除率：
COD去除率=[ρ(COD0)-ρ(COD)]/ρ(COD0)×100%
1.4产品性能指标的测定
固体含量：按GB2793-81不挥发分含量测定方法测定；黏度：用NDJ-79型旋转黏度计在(30±1)℃下按GB2794-81测定方法测定；pH值：用PH1-14广泛试纸测定；密度：按GB14591-93进行测定。
2.结果与讨论
2.1正交试验方案及结果分析
正交试验对合成脱色絮凝剂的废水脱色率和去除COD的影响结果如表2所示。从表2可知，根据极差分析，在试验范围内4个试验因素对脱色率影响的主次顺序为A>C>B>D，即乙二醛用量的影响最大，反应温度和氯化铵用量的影响次之，反应时间的影响最小；而对COD去除率影响的主次顺序为C>D>B>A，即反应温度的影响最大，反应时间和氯化铵用量的影响次之，乙二醛用量的影响最小。综合考虑脱色率和COD去除率2个考核指标，由表2得到合成三聚氰胺-乙二醛缩聚物脱色絮凝剂的最佳条件为A1B3C2D1或A2B4C1D4。由于A1B3C2D1或A2B4C1D4这2组是16次试验中未做过的，还需对这2组进行平行验证试验。
2.2平行验证试验
在三聚氰胺-乙二醛缩聚物脱色絮凝剂合成工艺研究的基础上，对优化出的最佳工艺条件进行平行验证试验。试验结果如表3所示。

由表3可以看出，三聚氰胺-乙二醛缩聚物脱色絮凝剂的最佳合成条件为A2B4C1D4，即三聚氰胺10g，乙二醛58g，氯化铵10g，反应温度60℃，反应时间为4h。此条件下的脱色率为94%～96%，COD去除率为49%～57%。
2.3产品的性能指标
根据前面的测试方法，测得了产品的一些性能指标，试验结果如表4所示。

2.4脱色絮凝机理
根据聚合物与相反电荷聚合物或表面活性剂生成沉淀的原理，确定产品为阳离子型聚合物。当将它们加到印染废水中时，不仅靠中和废水中胶粒的负电荷，对胶体微粒吸附架桥达到絮凝效果，而且聚合物分子上的胺基可与染料分子中的磺酸基团等阴离子基团之间相互作用生成牢固的离子链，形成不溶于水的高分子化合物，这类化合物被吸附在水中胶体杂质的负电荷粒子上，联络成大絮体，从而达到絮凝效果，所合成的絮凝剂脱色效果很好。
3.结论
三聚氰胺-乙二醛缩聚物脱色絮凝剂的合成最佳工艺条件为：三聚氰胺10g，乙二醛58g，氯化铵10g，反应温度60℃，反应时间为4h。产品的絮凝脱色性能良好，脱色率为94%～96%，COD去除率为49%～57%。合成三聚氰胺-乙二醛缩聚物脱色絮凝剂的工艺条件稳定，工艺路线简单可行，设备要求低，具有重要的环保意义和推广应用前景。