CTS-GSH的制备及混凝除铬(Ⅵ)效果研究

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伴随我国冶金、电镀、皮革加工、纺织等行业的迅速发展,大量含铬废水排入水体。水体Cr6+污染治理成为水环境工作者面临的重大挑战。壳聚糖(CTS)是天然的阳离子高分子聚合物,由于其具有无毒、可降解以及优异的螯合能力,壳聚糖及其改性物常作为混凝剂用于水处理研究。而由配位化学理论与软硬酸碱理论可知,含S有机物与重金属离子具有优良络合能力,因而理论上含硫混凝剂对重金属具有较好的去除效果。还原型谷胱甘肽(GSH)作为一种含S有机物,含有羧基、氨基、巯基和酰胺基等多种配位基团,是合成能够有效去除重金属混凝剂的理想反应单体。本研究以CTS、GSH为反应单体,N-羟基丁二酰亚胺(NHS)为保护剂,1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDAC)为交联剂,通过酰胺化反应制备出新型巯基化壳聚糖高分子混凝剂CTS-GSH。考察了单体质量比、反应时间、交联剂用量、保护剂用量以及体系pH值对混凝剂CTS-GSH性能的影响,得到了最优合成条件为:当壳聚糖与还原型谷胱甘肽质量比为1:1,反应时间为5h,保护剂用量为0.40g,交联剂用量为0.25g,反应体系pH值为3.5时,将其用于强化混凝对含Cr6+模拟废水处理实验,取得较好实验结果,Cr6+去除率达到90.5%。对优化合成的CTS-GSH产物进行结构表征,此外对近红外测定CTS-GSH巯基含量进行研究。通过傅里叶红外光谱分析,证明了CTS与GSH成功发生聚合反应,将强配位基团巯基引入到CTS分子链上。通过扫描电镜分析,表明产物表面具有一定空间网状结构,表面粗糙具有孔洞,对污染物具有较好吸附效果。通过差热-热重分析,表明产物CTS-GSH在常温状态下具有较强的稳定性。采用紫外分光光度法对CTS-GSH中巯基含量进行测定,并进行近红外光谱扫描。采用特征峰吸收值作为模型自变量、巯基含量作为因变量,通过偏最小二乘法的数学转换方法建立近红外反射光谱定标模型。通过定标模型预测CTS-GSH巯基含量,并将预测值与紫外分光光度法测定值进行比较。试验选取56份实验室自制CTS-GSH为样品,结果显示,外部验证的模拟值与实测值相关系数(R2)都大于0.90,表明预测分布趋势良好,预测值与实测值的t检验,表明预测值与实测值差异不显著。试验结果表明,采用近红外光谱数据建立的定标模型预测CTS-GSH巯基含量具有较高可行性。以Cr6+模拟水样为研究对象,模拟不同水力条件、水质特征下的含Cr6+水样去除效果,通过混凝搅拌实验,考察了Cr6+初始浓度、CTS-GSH投加量、慢搅时间、静置时间、pH值、浊度、有机配位剂、无机配位离子等对Cr6+去除效果的影响。结果表明:Cr6+初始浓度、CTS-GSH投加量、慢搅时间、静置时间、pH值存在一个较优值,可以控制反应条件,达到提高Cr6+去除率的目的;一定条件下,浊度起促进作用;EDAT、水杨酸钠、酒石酸、柠檬酸、腐殖酸对Cr6+去除效果表现出促进或抑制作用,这与其性质和浓度有关,且促进或抑制的程度不同,抑制作用可通过增大CTS-GSH投加量来减小或消除;Ca2+、Mg2+对Cr6+的去除效果起抑制作用,Ca2+、Mg2+浓度越高抑制作用越强,其抑制强度为:Ca2+<Mg2+,通过增加CTS-GSH投加量,可以减小或消除这种抑制作用;SO42-、CO32-对Cr6+去除效果的抑制作用更为显著,SO42-、CO32-浓度越高抑制作用越强,其抑制强度为:SO42-<CO32-
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