随着印染纺织工业的迅速发展,印染废水所造成的环境污染日益严重,已经引起了社会各界的广泛关注。染料物质不仅会提高水体的化学需氧量(COD),还会使得水体明显着色,阻碍光线进入水体,从而抑制光合作用,严重影响水生生物的生长。在各种染料废水处理方法中,絮凝法是一种操作简便、成本低廉、效果明显的处理技术。在絮凝法中,目前使用的最广泛的是无机金属絮凝剂和合成有机高分子絮凝剂。但是,这两种絮凝剂在使用过程中残留的金属离子和毒性单体存在二次污染的风险,对环境安全和人体健康存在一定威胁。因此,研发高效环保的新型絮凝剂材料是水处理剂材料研发课题中热点之一。近年来,兼具有环境友好、可再生、来源广泛且高效无毒的天然高分子材料备受关注,甚至有人将天然高分子材料誉为“21世纪的绿色絮凝剂材料”。但是天然高分子材料在实际应用中也存在着许多不足之处,如化学性质不活泼、分子量较低、溶解性较差等等。针对这些缺点,通常可以采用化学改性的方法进行性能改善。本课题以自然界中含量最丰富的天然高分子化合物——纤维素为基材,通过醚化、接枝共聚和水解等改性方法,分别制备了一种阴离子型絮凝剂(羧甲基纤维素接枝部分水解聚丙烯酰胺共聚物,CMC-g-HPAM)和一种阳离子型絮凝剂(羧甲基纤维素接枝甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚物,CMC-g-PDMC),并系统地考察这两种纤维素基絮凝剂对阳离子染料(亚甲蓝,MB)和阴离子染料(茜素绿,AG25)的絮凝性能,着重研究了絮凝剂投加量、水体的pH、接枝率、水解度以及盐浓度对絮凝性能的影响。此外,采用zeta电位跟踪,结合絮体的分形结构参数测定,深入地讨论了其在絮凝过程中的絮凝机制。结果表明:(1)改性后的阴离子型纤维素基絮凝剂CMC-g-HPAM的絮凝性能有大幅提升,对阳离子染料MB的去除率达到90%以上,同时能够产生尺寸更大、结构更密实的絮体。从pH依赖性研究发现,该絮凝剂在弱碱性条件下(pH=9)有较高的染料去除率。此外,该絮凝剂的絮凝性能随着水解度的增大而增强。理论上讲,CMC-g-HPAM水解度越大,絮凝性能越优异,但在实际生产中,建议将水解时间控制在180 min左右,这样既可以保证絮凝效果,同时还能节约时间和能耗的成本。通过图谱分析可知,电中合作用和粘结架桥作用在MB的絮凝过程中均起到了重要作用。(2)改性后的阳离子型纤维素基絮凝剂CMC-g-PDMC分子量增大大,在水溶液中具有更加伸展的构象,同时带有更多的正电荷,因此在絮凝过程中粘结架桥作用和电中合作用同时得到增强。研究表明该絮凝剂在各pH条件下对阴离子染料AG25均表现出优异的絮凝脱除性能,去除率接近100%。此外,还发现接枝率是影响CMC-g-PDMC絮凝性能的重要因素之一,为了得到更高的染料去除率和更好的絮体性质,CMC-g-PDMC的接枝率应控制在180%左右。不同接枝率的CMC-g-PDMC絮凝剂的pH依赖性有所不同:高接枝率的CMC-g-PDMC由于具有更高的分子量和正电荷密度,因此在各pH条件下都保持了较高的絮凝性能;而低接枝率的CMC-g-PDMC则在碱性条件下絮凝性能有所下降。同时,CMC-g-PDMC絮凝剂也表现出良好的抗盐性能,在硝酸钠、碳酸钠以及磷酸钠等无机盐存在情况条件下仍能保持较好的絮凝性能。综上所述,这两种纤维素基改性絮凝剂对染料具有优异的絮凝脱除性能,且成本低廉、不会引起二次污染,具有较为广阔的应用前景。