天然绿色高分子絮凝剂在水处理中的应用

Posted 2023-01-12 淀粉

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天然绿色高分子絮凝剂具有传统絮凝剂和其他合成聚合物不具备的优点，在水处理领域受到了越来越多的关注。对天然绿色高分子絮凝剂的开发和利用是该领域研究的重点之一。文中给出了天然绿色高分子絮凝剂的概念以及几种常用的天然绿色高分子絮凝剂；并对其在水处理中的应用现状进行了综述。
文章编号：1008-3197(2009)02-0060-02
天然高分子水处理絮凝剂是指从自然物质中提取并经化学改性处理的絮凝剂，其来源丰富、价格低廉、选择性好，使用过程中对人体和环境无毒害作用，可以完全自然降解，无二次污染，符合绿色化学的要求，因此也被称为天然绿色高分子水处理絮凝剂。
特点及分类
天然绿色高分子水处理絮凝剂具有分子量大、活性基团多、结构多样等特点，有助于通过改性，引入不同的活性基团来研制性能优良的多功能、多用途产品。随着研究、开发的深入，出现了大量不同性能、不同用途的天然绿色高分子水处理絮凝剂，如淀粉及其衍生物类絮凝剂、甲壳质及其衍生物类絮凝剂、单宁及衍生物类絮凝剂、木质素及其衍生物类絮凝剂等。
在水处理中的应用
淀粉及其衍生物
淀粉由许多葡萄糖缩水而成，分子中含有很多羟基，通过羟基的酯化、醚化、氧化、交联等反应，能改变淀粉的性质。在淀粉分子结构中引入带电基团，能减少其在水处理中的投放剂量，改善淀粉分子在水中的伸展及分散情况，对悬浮体系中的颗粒物有更强地捕捉和促沉作用。
目前，淀粉及改性淀粉多用于印染、石油、造纸等工业废水处理、污泥脱水、饮用水净化和重金属离子去除等领域。近年来，国内外研究用改性淀粉做絮凝剂来处理印染、含油等工业废水，效果显著。范洪波利用玉米淀粉，通过共聚反应合成了玉米淀粉改性絮凝剂CSF，将它与无机絮凝剂聚合铁PFS复配使用处理含油废水，在特定条件下处理后废水的透光率和CODCr去除率分别为91.9%和61.4%，具有良好的絮凝除油性能。聂新卫等利用预处理的硼泥和改性淀粉絮凝剂对印染废水进行处理，在一定的条件下CODCr的去除率为82.4%，色度去除率为76.7%，浊度去除率为98.1%，处理后水pH为9.5。S.E.Abdel Aal等用Gamma射线作引发，将丙稀腈和淀粉接枝共聚，制得的共聚物应用在工业水处理中效果很好，可应用于实践中。
将改性淀粉作为水处理剂用于去除工业废水中的重金属离子，有显著效果。Xu.S.M等用合成的方法在淀粉的一端引入季胺盐，另一端引入甲基碳水化合物制得两性淀粉，发现对Cu2+，Pb2+有很好的吸附性能并且对Pb2+的吸附量随着改性淀粉初始浓度的增加而增加。
甲壳质及其衍生物
甲壳质是阳离子聚电解质，对固体悬浮物有很好地凝聚作用。RAVID等研究了甲壳质pH在5～9范围内对高岭土悬浮液的絮凝行为，发现絮凝受pH影响较大，在pH为7～7.5范围内絮凝效果非常好，而且沉降速度快，当pH降低或增大时，絮凝效果下降。
在处理重金属方面，因为甲壳质分子中含有氨基、羟基和酰胺基，对重金属具有螯合吸附作用，从而有效地去除重金属离子。罗道成等利用甲壳质与香草醛反应制备出天然高分子吸附剂VCG，对重金属有较好吸附性能，在合适的pH条件下，对Pb2+，Cu2+，Cd2+，Zn2+，Ni2+的去除率达97%以上。甲壳素作为天然绿色高分子絮凝剂，最大优势是对食品加工废水的处理。黄慧等以甲壳质为絮凝剂絮凝沉降粉丝浓浆废水。结果表明，絮凝沉降速度快，COD去除率为86%，蛋白质回收率为81%。
单宁及其衍生物
单宁能与蛋白质、多糖、非离子表面活性剂、金属离子(特别是重金属盐)结合产生沉淀。另外，单宁水溶液有半胶体溶液的性质，脱粒带动电位，而且是天然大分子物质，容易从水中絮凝沉淀下来，因此广泛应用于饮用水、工业水处理。为了提高单宁的絮凝效果，将一些带电荷的基团，如含氮基团、磺酸基等引入单宁中，大大提高了单宁絮凝剂的性能和使用价值。经过改性的单宁絮凝剂性质比较稳定，能够生物降解，不会对环境造成二次污染。杨丹丹等通过试验对单宁酸进行胺甲基化、季铵盐化和磺化改性，制得了不同性能的单宁产品。研究发现磺化改性产物在自来水中的缓蚀和阻垢性能明显好于原工业单宁酸，胺基化和季铵盐化改性产物具有良好的杀菌能力，开发前景广阔。此外，单宁兼有一定程度的阻垢、缓蚀和杀菌作用，可以用作复合水质稳定剂的组分。如单宁、葡萄糖酸钠和锌组成的处理剂，可用于封闭循环冷却水系统。
木质素及其衍生物
木质素分子具有众多不同种类的活性官能基，具有可再生、可降解、无毒等优点，因此在废水处理以及对有用物质的回收等综合利用方面备受关注。
胡拥军等用硫酸沉淀回收造纸黑液中的木质素，经与Na2SO3磺化和季铵盐接枝聚合，合成出两性木质素絮凝剂来处理蒙脱土悬浮液和印染废水，可有效降低浊度和色度，最佳时达到85%以上。
木质素絮凝剂发展的重要方向是多功能化，通过化学改性改变官能团含量、引入新的官能团、改变大分子的相对分子质量和空间构型，成为多功能水处理剂。这样可充分利用木质素上丰富的酚羟基、醇羟基、羧基等官能团，提高产品的附加值和竞争力，对木质素的利用有重大促进作用。
结论
(1)通过改性开发新型能天然绿色水处理剂，尽量选择天然品为原料并考虑经济性因素。
(2)加强对天然高分子水处理剂作用机理的基础性研究，克服稳定性能差的缺点。
(3)在绿色合成工艺中，尽量减少副产物，采用安全稳定的催化剂和改进水处理的生产工艺等，实现全方位的绿色工艺。