聚酰胺-胺在印染废水处理中的应用

Posted 2023-01-12 聚酰胺

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使用聚酰胺-胺处理印染废水，研究了聚酰胺-胺的代数、溶液酸度以及聚酰胺-胺用量对色度和COD去除率的影响.研究表明：聚酰胺-胺对印染废水的色度和COD去除率具有良好的治理效果，在pH值5.0左右，聚酰胺-胺50mg/L时，脱色率和COD去除率分别达到96.4%和92.7%.另外，聚酰胺-胺处理对高浓度的印染废水具有用量少，处理效果好，操作简便等优点.
印染废水有高COD、高色度、有机成分复杂[1-5]、微生物降解程度低等诸多缺点，一直是工业废水处理中的一大难题.治理印染废水行之有效的途径之一是先通过物理化学方法将其进行预处理(脱色)，去除生物毒性大、色度高的染料分子，提高废水的可生化性，然后通过后续生化处理，达到综合治理的目的.其中，作为印染废水预处理的物理化学处理十分关键.在物化处理法中应用最多的是吸附法，目前工业上使用较多的吸附剂是粒状活性炭、活性硅藻土和树脂.研究表明：活性炭是大部分染料的最好吸附剂，但其再生困难，使用成本高.聚酰胺-胺树形分子是近年来发展起来的一类新型高分子材料，其结构呈球形，内部有空腔，外层有大量官能团，水溶性好，有很强的絮凝和螯合作用，在化工、农业、医药等领域内有着良好的应用前景和开发价值.在环境保护方面，由于聚酰胺-胺树形分子具有独特的结构和特殊的性质，可以对一些色度和化学需氧量(COD)较高，而且难以沉降的废水起到很好的絮凝作用.本文合成聚酰胺-胺树形分子并研究其作为絮凝剂在不同条件下处理印染废水的效果，找出了较佳的工艺条件.
1.试验
1.1材料与仪器
材料：试验用印染废水(简称废水，pH为11.4，色度为1020倍，COD为1441mg/L，西安市某印染厂).仪器：PB-21型pH计(赛多利斯科学仪器有限公司)，CTL-12型CODCr速测仪(承德华通环保仪器厂)，101型电热鼓风干燥箱(北京科伟永兴仪器有限公司)，DBJ-621型定时变速搅拌机(上海机床电器厂).
1.2聚酰胺-胺的制备
以乙二胺为引发核，第一步反应(a)：与丙烯酸甲酯通过Michael加成反应生成一个四元酯，称为0.5代；第二步反应(b)：四元酯与过量的乙二胺发生酰胺化反应生成一个四元酰胺化合物，称为1.0代.再用1.0代和丙烯酸甲酯反应生成1.5代；1.5代再与乙二胺反应生成2.0代.重复(a)、(b)Michael加成和酰胺化的反应步骤，即可得到不同代数(即不同末端基团和相对分子质量)的聚酰胺-胺型大分子化合物，反应式如下：

1.5、2.5和3.5代聚酰胺-胺的制备同0.5代聚酰胺-胺的制备；2.0、3.0和4.0代聚酰胺-胺的制备同1.0代聚酰胺-胺的制备.
1.3试验方法
取水样50mL，加入一定量聚酰胺-胺树形分子，以100r/min搅拌60s后，转入量筒内静置沉降24h.
1.4测定
测定COD用重铬酸钾法；测定色度用稀释倍数法；测定pH值用pH电极法.计算脱色率和COD去除率：脱色率=(1-Z1/Z0)×100%，式中，Z0、Z1为废水处理前、后色度；COD去除率=(1-COD1/COD0)×100%，式中，COD0、COD1为废水处理前、后的COD质量浓度.
2.结果与讨论
2.1聚酰胺-胺代数对印染废水处理效果的影响
不同代数的聚酰胺-胺所含活性基团的种类和数目有所不同，处理能力也就不同.使用了几代聚酰胺-胺树形分子来处理印染废水[w(聚酰胺-胺)=0.1%(对处理废水质量)]，各代聚酰胺-胺处理废水的结果见表1.

由表1可知，半代的聚酰胺-胺分子，由于其端基为酯基，呈电中性，在偏酸性环境中水解成—COO-，而废水中的胶体也带负电，所以酯基无法对胶体进行吸附电中和作用；此外，酯基的配位络合作用也明显不如胺基.上述原因就导致了半代的聚酰胺-胺分子的络合能力不如整代的强.4.0代聚酰胺-胺分子由于分子质量更大，结构分化得更完善，表面具有更多的伯胺和叔胺基团，才真正体现出其球型结构的优越性.因此，本试验所用的树形分子为4.0代聚酰胺-胺.
2.2酸度对聚酰胺-胺处理印染废水效果的影响
分别取水样50mL，各加入0.1%的4.0代聚酰胺-胺溶液4.0mL，用盐酸调节成不同的酸度(pH值)，搅拌后静置沉降，取上清液进行测定.
废水本身的pH值11.4，试验表明：在偏碱性条件下添加聚酰胺-胺进行絮凝试验时，效果并不明显.当使水样呈酸性时，聚酰胺-胺有很好的絮凝效果.pH值对聚酰胺-胺处理废水情况见表2.

由表2可以看出，使用聚酰胺-胺树形分子处理印染废水时，酸性条件有利于脱色，但在强酸性条件下的处理效果并不比微酸性显著.而且前者的COD比后者大，从这一点上来看，无疑是微酸性条件对处理更加有利.考虑到废水腐蚀性及节省原料，将水的pH值调至5.0左右比较合适.
2.3聚酰胺-胺用量对印染废水处理效果的影响
由图1可知，脱色率随聚酰胺-胺用量的增加而减小，聚酰胺-胺用量为50mg/L时，脱色率可达96.4%.在用量80mg/L时，COD去除率可达93.5%，此后随聚酰胺-胺用量的增加，COD去除率趋于下降.由于聚酰胺-胺为50mg/L时，COD去除率已达92.7%，处理效果和用量80mg/L时相差不大.综合考虑，聚酰胺-胺的较佳用量为50mg/L.

3.结论
在pH值5.0左右的印染废水中加入聚酰胺-胺4.0代50mg/L，色度去除率为96.4%，COD去除率为92.7%.对高浓度的印染废水具有用量少、处理效果好、操作简便等优点.因此，聚酰胺-胺对印染废水处理将有很好的应用前景.