高分子絮凝劑的研究，研究成果以高分子無機 絮凝劑最多，并且在制備技術上不斷改進，部分成果 己成功應用，取得較理想的經(jīng)濟效益;高分子有機絮 凝劑制備成本較高，殘留單體毒性大，不符合環(huán)保要 求，其應用受到限制[5].然而天然原料合成的改性絮 凝劑因其原料來源豐富、無毒、易降解的特性，己在 廢水處理領域中占有一席之地，如淀粉、瓜爾膠粉 等.目前，有關淀粉改性的研究文獻較多，在此基礎 上，本文提出以植物瓜爾膠為原料，改性合成一種高 分子有機絮凝劑應用于微污染水源水的處理中，為 研發(fā)一種新型改性絮凝劑提供理論基礎.

1材料與方法

1.1實驗材料和儀器

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，在給水和污水處理領域，

各類水處理劑的使用更加廣泛.目前，無機和合成有 機絮凝劑占了我國水處理劑市場的大部分，尤其以 三氯化鐵、硫酸鋁、聚鋁鹽（PAC)、聚丙烯酰胺 (PAM)及聚合硫酸鐵等無機絮凝劑為主[1],但這些 無機絮凝劑投放量大，污染嚴重.而高分子絮凝劑由 于絮體沉速較大，產(chǎn)生的污泥較密實，且投藥量較無 機絮凝劑小，處理效果較好，因此具有較好的應用價 值.與低分子表面活性劑相比，高分子絮凝劑有獨特 優(yōu)勢，雖然在水中界面張力中等，但具有獨特絮凝及 分散效果[2~4].

近年來，國內(nèi)外研究者致力于高效、無污染、無乙酸:AR,西安化學試劑廠;氫氧化鈉:AR,天津市 博迪化工有限公司；乙醇：AR,西安化學試劑廠. HHS1-2型電熱恒溫水浴鍋;DJ1C型電動攪拌器； 72- 100型分光光度儀;WZ& 180型濁度儀.

1.2實驗方法

1)合成方法

取一定質(zhì)量的瓜爾膠粉，并于燒杯中稱取一定 比例氯乙酸，加入體積分數(shù)為80%酒精溶解均勻， 加入過量的質(zhì)量分數(shù)為30%氫氧化鈉.將瓜爾膠粉 倒入燒杯，室溫攪拌，混合均勻.待物料呈半干狀態(tài)， 挫碎過篩，必要時把過量的酒精除去.然后將樣品置 于反應器燒杯中，控時控溫反應，反應結束后磨碎、 過篩得到成品[6].

2)利用銅鹽絡合滴定法測定取代度[7]

3)絮凝性能測定方法

實驗中的改性瓜爾膠均配制成質(zhì)量濃度為5% 的膠液，半干法羧甲基瓜爾膠的快速制備及其絮凝性能，用膠液處理人工模擬黃河微污染水源水，用 處理后上清液的透光率作為膠粉絮凝性能的衡量指 標.實驗時測定溫度為25 °C,原水的上清液透光率 約為25%,處理過程控制轉速為500 r/min,攪拌15 min,沉降30 min,取上清液在600 nm波長下測透 光率（以蒸餾水做空白樣)[8].

2結果與討論

2.1羧甲基瓜爾膠的合成條件對取代度的影響

1)反應溫度對取代度的影響 反應溫度為50?80 °C,間隔10 min, n(瓜爾 膠氯乙酸)：n(氫氧化鈉)=1.6: 1.2: 1,反應 時間1 h.測得取代度結果如圖1所示.

 

從圖1可知，隨著反應體系溫度的升高,羧甲基 瓜爾膠的取代度也隨之增大，當溫度升高至70 °C 時，取代度達到最大，之后產(chǎn)品的取代度又呈逐漸下 降趨勢,這是由于瓜爾膠在堿性條件下會發(fā)生糊化

©

現(xiàn)象，溫度越高，糊化現(xiàn)象越明顯，同時觀察到反應 體系中出現(xiàn)淡黃色的較硬顆粒,反應很難進行，且當 反應體系冷卻后，出現(xiàn)輕微的結塊現(xiàn)象，給洗滌帶來 困難，因此反應溫度應控制在70 °C為宜.

2)反應時間對取代度的影響

反應時間為10?60 min,間隔為10 min,其它 反應條件為水浴溫度70 °C, n(瓜爾膠）：n(氯乙 酸）：n(氫氧化鈉）=1. 6: 1. 2: 1.對羧甲基瓜爾 膠取代度進行分析測定，結果如圖2所示.

 

從圖2可知，隨著體系反應時間的增加,羧甲基 瓜爾膠的取代度不斷升高,在反應1 h后，產(chǎn)品取代 度的增加趨于平緩，變化較小.通過實驗發(fā)現(xiàn)，如果 反應時間低于0.5 h,所得產(chǎn)品的水溶性較差，這是 由于瓜爾膠反應不完全，而當反應時間大于1 h,瓜 爾膠會變得較為粘稠,給后續(xù)處理帶來困難,因此反 應時間應控制在1 h為宜.

3)氫氧化鈉用量對取代度的影響[9]

取n(氫氧化鈉）：n(氯乙酸）為0.6?1.1， n(瓜爾膠）：n(氯乙酸)=1.3: 1,水浴溫度70 °C, 反應時間1 h.對取代度進行分析測定，結果如表1 所示.

表1氫氧化鈉用量對取代度的影響

Tab. 1 Effect of consumption of sodium hydroxide on DS

n(氫氧化鈉） n(氯乙酸）0.6 0.7 0. 8 0.9 1.0 1.1

DS0. 15 0.35 0.51 0.48 0.42 0.28

從表1可知，隨著氫氧化鈉用量的增加,羧甲基 瓜爾膠的取代度也增大，半干法羧甲基瓜爾膠的快速制備及其絮凝性能，當n(氫氧化鈉）：n(氯乙 酸)=0.8: 1時，取代度達到最大，而后隨著堿用 量的繼續(xù)增加，產(chǎn)品取代度又有所下降，這是由于反 應中氫氧化鈉直接生成羥基乙酸鈉,不利于瓜爾膠 的羧甲基化反應，同時較高濃度的羧甲基化反應還 可能導致瓜爾膠內(nèi)部化學健的斷裂,此外在半干法

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高，因此選擇n(氫氧化鈉）：氯乙酸）=0. 8: 1 為宜.

4)氯乙酸用量對取代度的影響 在n(瓜爾膠）：n(氫氧化鈉)=1.6: 1，水浴溫 度70 °C，反應時間1 h的條件下，取n(氯乙酸）： n(瓜爾膠)為0. 4?1. 0.對取代度進行測定,結果如 圖3所示.

 

從圖3可知，取代度隨著氯乙酸投加量增加而

增加，當n(氯乙酸）：n(瓜爾膠)=0.7: 1時，羧 甲基瓜爾膠的取代度達到最大值，這是由于氯乙酸 的濃度較高，促使醚化反應沿生成物方向移動，有利 于提高產(chǎn)品的取代度，隨著氯乙酸投量的繼續(xù)增大， 取代度則隨之有較大幅度的減小,并且持續(xù)下降，這 是由于酸度增加不利于醚化反應的進行所致，因此 反應中應減小氯乙酸用量，選擇n(氯乙酸）：n(瓜 爾膠)=0.7: 1為宜.

5)攪拌時間對取代度的影響 室溫攪拌時間為5?30 min，n(瓜爾膠）：n(氯 乙酸）：n(氫氧化鈉）=1.6: 1. 2: 1，水浴溫度為 70 °C，反應時間1 h.測得取代度結果如圖4所示.

 

Fig. 4 Effect of stirring time on DS

從圖4可知，在室溫下，隨著攪拌時間的增加， 產(chǎn)品取代度不斷升高，當攪拌時間達到20 min時,

由于瓜爾膠在堿性條件下發(fā)生糊化現(xiàn)象，通過攪拌 使得反應混合均勻，攪拌時間越長,糊化現(xiàn)象越明 顯,給后續(xù)處理帶來困難,且在反應體系冷卻后，仍 然會出現(xiàn)輕微的結塊現(xiàn)象，難以洗滌，因此攪拌時間 應控制在20 min為宜.

2. 2改性瓜爾膠的投加量對絮凝效果的影響

羧甲基瓜爾膠在最佳合成條件下,取代度(DS) 為0. 51，取5. 272 g樣品配制成質(zhì)量濃度為5%的 膠液,分別加入不同的劑量，通過測定上清液的透光 率(原水透光率:25%)的方法考察處理效果.實驗結 果如圖5所示.

105

o 5

109

%/鱭絮徴

 

膠樣加入量AmL.L-1)

圖5羧甲基瓜爾膠投量對絮凝效果的影響 Fig. 5 Effect of carboxyl methyl guar dosage on flocculi- tion efficiency

從圖5可知，取代度為0. 51的膠樣加入0. 2 mL時,膠樣的絮凝效果較好，半干法羧甲基瓜爾膠的快速制備及其絮凝性能，透光率達到100%，當 投入量增加至0.5 mL時，透光率略有升高，已超過 100%，說明絮凝效果最佳[8]，該取代度下能夠更好 地滿足性能要求.

2.3不同配比羧甲基瓜爾膠的效果分析

將合成的不同取代度的羧甲基瓜爾膠，以膠樣 0. 5 mL量投加，采用測定上清液的透光率(原水透 光率:25%)的方法，考察其對微污染水源水的處理 效果，結果見表2.

表2不同配比羧甲基瓜爾膠對微污染水源水的處理效果 影響

Tab. 2 Effect of differently formulated carboxyl methyl guar

on treatment result of slightly polluted water supply

n(瓜爾膠）：n(氯乙酸): n(氫氧化鈉）取代度黏度/mPa* s透光率/%

1.6 ： 0. 8 ： 10. 244 38089

1.2: 1: 10.423 87597

1.6: 1.2: 10.513 960102

產(chǎn)品的取代度達到最大，而后取代度有所下降，這是度為3 960 mPa • s，膠樣的透光率達到102%，說明

從表2可知，當n(瓜爾膠）：n(氯乙酉酸）：n(氫 氧化鈉)=1.6: 1.2: 1時，取代度為0.51，膠樣黏

膠樣的絮凝效果最好.

2.4不同絮凝劑的絮凝效果比較

表3是利用高錳酸鉀復合藥劑預氧化強化工藝 處理微污染水源水，所謂微污染水源水即水體中有 機污染物的含量較少，反映水體特征主要從濁度、色 度、嗅味以及藻類等方面考慮，并且各污染指標相對 較低，而濁度又是反映絮凝效果的重要指標.在實驗 中只改變絮凝劑的種類，對絮凝效果的影響加以分 析，且每一種絮凝劑都存在一最佳投加量(剩余濁度 為7.0 NTU以下).

表3不同絮凝劑的絮凝效果比較 Tab. 3 Efficiency comparison of flocculation with various

flocculants

絮凝劑投加量（最佳）

/mg原水濁度 /NTU處理效果 /%

FeCl33028. 280. 1

PAC6028. 290. 1

羧甲基瓜爾膠2528. 292. 6

從表3中可知，羧甲基瓜爾膠的絮凝效果最好， 半干法羧甲基瓜爾膠的快速制備及其絮凝性能，且達到最佳處理效果時絮凝劑用量最省，PAC次 之，F(xiàn)eCl3的絮凝效果相對較差.

3結論

1)羧甲基瓜爾膠的最佳合成條件瓜爾膠）： 氯乙酸）：n(氫氧化鈉)=1. 6: 1.2: 1，反應溫度70 °C，反應時間1 h，室溫攪拌20 min.

2)在最佳合成條件下，羧甲基瓜爾膠取代度為0. 51，黏度為3 960 mPa • s，膠樣投加量為0. 5 mL時，膠樣的絮凝效果最好，透光率超過100% .

3)確定了羧甲基瓜爾膠、聚氯化鋁和三氯化鐵在最佳投加量下的絮凝效果，分別為92. 6%、90. 1%、0. 1%，即羧甲基瓜爾膠在處理工藝中對濁度的去除率最好，聚氯化鋁次之，三氯化鐵去除效果差.