聚丙烯酰胺PAM在強(qiáng)酸性環(huán)境下的絮凝性能怎么樣？

【資料簡介】

聚丙烯酰胺PAM在強(qiáng)酸性環(huán)境下的絮凝性能怎么樣？

近年來，隨著核技術(shù)在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、地質(zhì)、科研等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，越來越多的放射性污染物進(jìn)入到土壤中。土壤清洗去污技術(shù)根據(jù)污染核素在放射性污染土壤中的分布規(guī)律，用物理篩分和化學(xué)去污相結(jié)合的方法去除污染核素。清洗后的土壤可回填或當(dāng)做極低放廢物處置，而含有污染核素的廢水則當(dāng)做放射性廢水處置，或經(jīng)處理后循環(huán)利用，其去污效率高、工藝簡單、適用范圍較廣，因而有著良好的實(shí)際應(yīng)用前景。但是，如果將土壤清洗工藝中的廢水直接處理或處置，則會(huì)產(chǎn)生大量的二次廢物，增加處理二次廢物的費(fèi)用，因此有必要對(duì)土壤清洗廢水進(jìn)行預(yù)處理，使之循環(huán)利用，以減少二次廢物的產(chǎn)生。當(dāng)前，絮凝沉淀法作為國內(nèi)外普遍接受的水處理方法，既經(jīng)濟(jì)又簡單。該法向水中加入絮凝劑，使水中的膠體和懸浮物顆粒絮凝成較大的絮凝體而被分離出來，達(dá)到水質(zhì)凈化的目的。

本工作使用陽離子型聚丙烯酰胺(CPAM)作水處理絮凝劑對(duì)土壤清洗廢水進(jìn)行絮凝沉淀處理，將廢水中的泥沙懸浮物凝聚并沉淀下來。以1h內(nèi)廢水上清液體積和泥沙含固量的改變量來表征絮凝劑的絮凝性能，探討CPAM相對(duì)分子質(zhì)量(Mr)、離子度及用量與絮凝性能之間的關(guān)系，從而確定其在強(qiáng)酸性環(huán)境下的*使用參數(shù)。
1實(shí)驗(yàn)部分

1.實(shí)驗(yàn)方法

取自制的去污液，并將之與經(jīng)烘干的小于250μm的土壤顆粒按體積比1∶1混合，經(jīng)研磨清洗后得到泥沙含固量為50%的強(qiáng)酸性土壤清洗廢水。

在40℃水溫、200r/min下配制2g/L的CPAM溶液，取一定量該溶液加入廢水水樣中，在120r/min下攪拌1min，使絮凝劑與土壤膠粒充分接觸。記錄微絮體開始產(chǎn)生的時(shí)間，再在30r/min下攪拌20min，使微絮體進(jìn)一步相互接觸以生成更大的絮體。靜置30min，形成的絮體進(jìn)一步聚集并依靠重力自然沉降至燒杯底部。通過記錄上清液體積占總體積的百分比并在300℃條件下測(cè)定上清液泥沙含固量，即可驗(yàn)證所使用絮凝劑的絮凝性能。

2結(jié)果與討論

2.1CPAM相對(duì)分子質(zhì)量與絮凝性能的關(guān)系

2.2CPAM離子度與絮凝性能的關(guān)系

廢水上清液中的泥沙含固量先降低，后升高，體積分?jǐn)?shù)先增大，后減小，當(dāng)CPAM離子度為30%時(shí)，上清液泥沙含固量zui低，體積分?jǐn)?shù)zui，CPAM絮凝性能zui高。

在酸性水溶液中，CPAM中的酰胺基會(huì)和H+發(fā)生如下反應(yīng)：隨著離子度的增大，CPAM分子鏈上陽離子基團(tuán)，即—NH+3增多，分子鏈之間的靜電排斥作用增強(qiáng)，高分子鏈更加伸展，有利于架橋效應(yīng)，且負(fù)電粒子的中和作用加強(qiáng)，有利于絮凝沉淀;但離子度過大時(shí)，分子鏈上陽離子基團(tuán)過多，使絮凝劑與膠體顆粒的吸附作用增加，導(dǎo)致能夠橋聯(lián)的結(jié)構(gòu)減少，廢水中顆粒表面的負(fù)電荷*中和后，剩余正電荷使顆粒表面電荷性質(zhì)反轉(zhuǎn)，顆粒間斥力增大，反而不利于絮凝。

2.3CPAM用量與絮凝性能的關(guān)系

當(dāng)絮凝劑用量較少時(shí)，電性中和少，吸附架橋作用較弱，起不到電荷中和與吸附架橋的作用。增大用量，初期吸附量增大，有利于吸附電中和與吸附架橋，使形成的絮體粒徑增加，沉降速率增大。但當(dāng)用量過大時(shí)，一方面，會(huì)使膠體粒子帶上異性電荷而重新處于穩(wěn)定狀態(tài);另一方面，大量的絮凝劑吸附在懸浮顆粒上將其包裹而產(chǎn)生膠體保護(hù)作用，阻止架橋結(jié)構(gòu)的形成，因而絮凝性能反而降低

圖1為CPAM相對(duì)分子質(zhì)量與絮凝性能的關(guān)系。圖1表明，在其他條件相同的情況下，隨著CPAM相對(duì)分子質(zhì)量的增大，廢水上清液中的泥沙含固量(q)降低，體積分?jǐn)?shù)(φ)增大。當(dāng)CPAM相對(duì)分子質(zhì)量為1400萬(相對(duì)分子質(zhì)量在1400萬以上時(shí)由于其在略高于室溫的條件下溶解度過低而難以配制成溶液)時(shí)，上清液泥沙含固量zui低，體積分?jǐn)?shù)zui大，CPAM絮凝性能zui高。

隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大，其絮凝性能逐漸提高。這是因?yàn)榫酆衔锵鄬?duì)分子質(zhì)量太小時(shí)吸附架橋作用較弱，而相對(duì)分子質(zhì)量增大則可增強(qiáng)這種作用，使絮團(tuán)迅速增大，從而有利于絮凝沉淀，但聚合物相對(duì)分子質(zhì)量過大也會(huì)導(dǎo)致聚合物水溶性變差，反而使其絮凝性能下降。

2.3CPAM用量與絮凝性能的關(guān)系

在其他條件相同的情況下，隨著CPAM用量的增大，廢水上清液中的泥沙含固量先降低，后升高，體積分?jǐn)?shù)先增大，后減小，當(dāng)CPAM(相對(duì)分子質(zhì)量1 400萬，離子度30%)用量為13mg/L時(shí)，上清液泥沙含固量zui低，體積分?jǐn)?shù)zui大，CPAM絮凝性能zui高，能在1h內(nèi)將泥沙含固量從50%降至6%。當(dāng)絮凝劑用量較少時(shí)，電性中和少，吸附架橋作用較弱，起不到電荷中和與吸附架橋的作用。增大用量，初期吸附量增大，有利于吸附電中和與吸附架橋，使形成的絮體粒徑增加，沉降速率增大。但當(dāng)用量過大時(shí)，一方面，會(huì)使膠體粒子帶上異性電荷而重新處于穩(wěn)定狀態(tài);另一方面，大量的絮凝劑吸附在懸浮顆粒上將其包裹而產(chǎn)生膠體保護(hù)作用，阻止架橋結(jié)構(gòu)的形成，因而絮凝性能反而降低

3 結(jié) 論

(1)CPAM在強(qiáng)酸性環(huán)境下依然具有穩(wěn)定高效的絮凝性能;

(2)CPAM的絮凝性能隨著相對(duì)分子質(zhì)量(*溶解)的增大逐漸升高，隨著離子度的增大先升高后降低，隨著用量的增加也是先升高后降低，當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量為1 400萬、離子度為30%、用量為13mg/L時(shí)，絮凝性能非常優(yōu)異，能在1h內(nèi)將泥沙含固量從50%降至6%