淀粉-g-PAM／MMT的絮凝性能

王煦漫，张彩宁，姚连军

（西安工程大学 纺织与材料学院，陕西 西安710048）

0 引 言

絮凝是目前国内外普遍采用的一种经济、简便的污水处理技术，而絮凝剂的性能是絮凝效果的决定因素［1-2］.目前常用絮凝剂包括无机絮凝剂和有机高分子絮凝剂，其中有机高分子絮凝剂具有用量少，絮凝速度快，易处理等优点［3-4］，因而成为目前絮凝剂研究开发的热点.淀粉接枝聚丙烯酰胺共聚物是一种天然材料改性的功能高分子材料，具有低成本、无毒、易生物降解，可处理重金属污水等特点［5-6］.无机蒙脱土是一种层状结构的硅铝酸盐，具有较大的比表面积和阳离子交换容量，因此在污水处理方面已广泛应用［7］.为更好地解决污水处理问题，以淀粉接枝聚丙烯酰胺作为包埋剂，将蒙脱土包埋在交联的淀粉接枝聚丙烯酰胺的大分子链形成的三维网络内，可同时发挥淀粉接枝聚丙烯酰胺和蒙脱土的双重水处理功效.该复合水处理剂对印染污水的处理效果良好［8］.

本文以蒙脱土、淀粉和丙烯酰胺为原料、N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，采用水溶液聚合法制备St-g-PAM／MMT复合材料，研究其对高岭土悬浊液模拟水样的絮凝性能，并分析对影响其絮凝性能的因素，拓展了其在水处理领域的应用范围.

1 实 验

1.1 化学药品、仪器设备

（1）化学药品 蒙脱土（浙江丰虹黏土化工有限公司，阳离子交换容量90mmol／100g），淀粉、丙烯酰胺、N，N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸钾、高岭土，均为化学纯，由西安化玻器械公司提供.

（2）仪器设备 722型可见分光光度计（上海棱光技术有限公司）、AD-12型恒温振荡箱（鹤山精湛染整设备有限公司）.

1.2 St-g-PAM／MMT制备与模拟水样配制

（1）St-g-PAM／MMT制备 将4g淀粉与100mL蒙脱土分散液注入三口瓶中，于90℃糊化1h.将糊化淀粉溶液冷却至70℃后，依次加入过硫酸钾和N，N-亚甲基双丙烯酰胺，随后滴加100mL含20g丙烯酰胺单体的水溶液.滴加完毕后于70℃反应3h.对反应产物进行洗涤、干燥及粉碎处理后即得到St-g-PAM／MMT复合材料.

（2）模拟水样的配制 称取干燥的高岭土2.0g于1 000mL烧杯中，加入1 000mL蒸馏水搅拌均匀作为模拟水样.

1.3 絮凝率的测定

称取模拟水样于100mL量筒中，然后加入100mg絮凝剂，快速搅拌1min，再缓慢搅拌3min，静置10min后，在量筒的液面下20mm处用吸管吸取2mL的上清液，用分光光度计在550nm处进行吸光度测定.絮凝率计算公式为

其中，A0为高岭土原液的吸光度值；A为处理后上清液的吸光度值.

2 结果与讨论

2.1 絮凝时间对絮凝率的影响

在其他条件不变的情况下，研究絮凝时间对絮凝率的影响，结果如图1所示.从图1可以看出，随着絮凝时间的延长，絮凝率逐渐增大.当絮凝时间超过10min后基本保持不变.因为St-g-PAM／MMT凝胶为多孔结构，具有很大的比表面积，因此高岭土在絮凝剂中的吸附需要一定时间：首先通过溶液扩散到絮凝剂的表面，然后扩散到絮凝剂内部孔隙中，最后当絮凝剂表面以及空洞内部的吸附位点被高岭土完全覆盖之后，吸附达到饱和，絮凝率则保持不变.吸附时间超过10min后，St-g-PAM／MMT对高岭土的絮凝率可达83.3%，说明其具有良好的絮凝性能.

2.2 絮凝剂用量对絮凝率的影响

其他条件不变，考察絮凝剂用量对絮凝率的影响，结果如图2所示.从图2可以看出，随着絮凝剂用量的增大，絮凝率起初增加很快，但在用量超过100mg后，絮凝率基本保持不变.一般而言，絮凝剂用量增加后，吸附位点也随着增加，导致更多的高岭土颗粒被吸附，故而絮凝率增大.但当絮凝剂用过量后，水中的高岭土几乎全部被吸附，故进一步增加絮凝剂用量，絮凝率基本保持不变.

图1 絮凝时间对絮凝率的影响Fig.1 The influence of flocculation time on the flocculation rate

图2 絮凝剂用量对絮凝率的影响Fig.2 The influence of flocculant dosage on the flocculation rate

2.3 初始pH值对絮凝率的影响

分别用盐酸和氢氧化钠调节模拟水样的初始pH值，考察pH值对絮凝率的影响，结果如图3所示.从图3可以看出，随着pH值的增大，St-g-PAM／MMT对高岭土的絮凝率逐渐减小.

高岭土的等电点为2.2.当pH值高于等电点时表面带负电荷［9］，而在低pH值条件下，St-g-PAM／MMT中的PAM分子链上的—NH2可与溶液中的H＋结合以—NH3＋的形式存在，与水中的高岭土之间产生静电吸引力，使得絮凝率较高.而随着pH值的升高，PAM分子链上带的正电荷逐渐减少，对高岭土的静电作用减弱，造成絮凝率的下降.而在碱性条件下，PAM分子链上的酰胺基会发生水解，产生羧酸根负离子［10-11］，与高岭土产生静电斥力，从而导致絮凝率进一步降低.

图3 pH值对絮凝率的影响Fig.3 The influence of pH value on the flocculation rate

图4 NaCl浓度对絮凝率的影响Fig.4 The influence of NaCl concentration on the flocculation rate

2.4 NaCl对絮凝率的影响

当絮凝剂质量为100mg，向模拟水样中加入不同量的NaCl，分析NaCl浓度对絮凝率的影响，结果如图4所示.

由图4可以看出，加入NaCl后，St-g-PAM／MMT絮凝率增大，且NaCl浓度越高，絮凝率越高.这是因为加入NaCl后，由于Na＋的存在，加强了高聚物之间、高聚物与悬浮颗粒、悬浮颗粒之间的相互作用，对高聚物形成架桥、网捕以及形成絮体起到了正效应，能有效降低胶体的表面电荷，加强絮凝剂与胶粒间的吸附作用，从而促进架桥联接与絮凝效果.因此加入NaCl作为助凝剂，絮凝效果明显得到改善.

2.5 温度对脱色率的影响

图5 絮凝温度对絮凝率的影响Fig.5 The influence of temperature on the flocculation rate

絮凝温度对絮凝效果的影响，结果如图5所示.从图5可以看出，随着温度的升高，絮凝率也相应提高.这是因为随着温度的升高，水溶液黏度下降，布朗运动加快，胶粒间的碰撞机会增加，高岭土粒子在St-g-PAM／MMT吸附量相应增大.因此，絮凝率随着温度的升高也相应增大.

3 结 论

（1）随着絮凝时间的延长，St-g-PAM／MMT对高岭土的絮凝率逐渐增大，10min后基本保持不变，絮凝率可达83.3%；随着絮凝剂用量的增加，St-g-PAM／MMT对高岭土的絮凝率起初增加很快，随后絮凝率基本保持不变.

（2）St-g-PAM／MMT对高岭土的絮凝率随着pH值的增大而减小；但随NaCl浓度和絮凝温度的增高而增大.

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