阳离子聚电解质强化絮凝去除活性染料的研究

第26卷 第1期

2007年 1月环 境 化 学E NV I RONMENTAL C H E M I STRY V o.l 26,N o .1January 2007

中国化学会/第八届水处理化学大会暨学术研讨会0论文(2006年8月10日). *国家/十五0重大科技攻关项目(863)计划(2002AA601011-02-03);国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB412308).阳离子聚电解质强化絮凝去除活性染料的研究

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田秉晖 潘 纲 栾兆坤

(中国科学院生态环境研究中心,环境水质学国家重点实验室,北京,100085)摘 要 选用三种活性染料分别配成模拟染料废水,用阳离子聚电解质(PDADMA C)强化絮凝去除活性染

料.结果表明,PDADMA C 去除活性染料的机理为聚电解质络合絮凝.PDADM AC 的阳离子度高,分子量

低,疏水性大,脱色去除效果较好.而且,活性染料的脱色去除率随活性染料色度的深浅而不同,表现为

活性黑K-BG >活性艳红K-2BP>活性嫩黄K-6G.

关键词 絮凝,活性染料,阳离子聚电解质.

印染废水处理是水处理技术研究的热点内容

[1,2].传统的处理方法主要包括生物、物理、化学或它们的组合工艺[3].虽然生物法具有高效、绿色、费用低等优点,但是单独使用生化法处理印染废

水,一般难以达到废水排放或回用的标准,所以物理化学的方法如絮凝、吸附、超滤或氧化等,作为生化处理的后续处理技术也被广泛应用[4].

目前,染料废水脱色所用的絮凝剂主要是铝盐和铁盐类,这两类传统的絮凝剂对不溶性染料具有良好的去除脱色效果,但对水溶性染料如活性染料,去除脱色效果较差[5,6].近年来,因阳离子聚电解质作为絮凝剂或助凝剂具有显著的高效性,已经引起了国内外的广泛关注.研究表明,阳离子聚电解质在对传统的胶体和悬浊液絮凝脱稳中,/吸附电中和0、/吸附架桥0和/耗散絮凝0是主要的絮凝机理[7].但是,对于有机污染物,如合成染料,其分子、离子和聚集体,粒径远小于胶体或颗粒物,所以强化絮凝去除有机污染物的机理可能与传统意义的絮凝机理完全不同.

本文选用三种活性染料分别配成模拟染料废水,进行阳离子聚电解质(聚二甲基二烯丙基氯化铵,PDADMAC)强化絮凝去除活性染料的研究.重点研究了阳离子聚电解质的分子量、阳离子度和疏水性,对不同色度的活性染料(显色基团结构不同)絮凝去除的影响.

1 实验部分

111 絮凝试验材料

PDADMAC 絮凝剂:特性粘度017dL #g -1

的PDADMAC 是40%的水溶液(F l o rage ,SNF ,France),特性粘度217dL #g -1和114dL #g -1的PDADMAC 由实验室合成.P(DADMAC -AM )特性粘度是3131dL #g -1,阳离子度3712%;两性共聚物聚二烯丙基二甲基氯化铵-丙烯酰胺-衣康酸[P(DADMAC -AM-I A )]的特性粘度是2197dL #g -1,阳离子度3817%,衣康酸投料比为1%.疏水性共聚物聚二烯丙基二甲基氯化铵-丙烯酰胺-乙烯基三甲氧基硅烷[P (DADMAC -AM-VTM S)]的特性粘度是3117dL #g -1,阳离子度3612%,乙烯基三甲氧基硅烷VT M S 投料比为1%,以上共聚物均为实验室合成. 活性黑K-B G,活性艳红K-2BP ,活性嫩黄K-6G,均为化学纯.

112 絮凝实验方法

将活性染料用去离子水配成100m g #l -1的活性染料储备液备用.

取1L 活性染料储备液加入到1L 的絮凝反应烧杯中,再加入计算量的阳离子聚电解质絮凝剂,以200r #m in -1快搅2m in ;以40r #m in -1慢搅15m in ;絮凝沉降10m i n .取液面下2c m 处上清液测定色度(HAC H USA DR4000紫外-可见光分光光度计),计算去除率.

1期田秉晖等:阳离子聚电解质强化絮凝去除活性染料的研究47

取30m l活性染料储备液加入到50m l絮凝试管中,再加入计算量的阳离子聚电解质絮凝剂,震荡30s摇匀,静置24h.取液面下2c m处上清液测定色度(HAC H USA DR4000紫外-可见光分光光度计),计算去除率.

2结果与讨论

211PDAD MAC分子量的影响

通过烧杯絮凝试验和试管絮凝试验研究了三种不同特性粘度(217,114,017dL#g-1)的PDAD-MAC均聚物对活性染料的去除脱色效果.

从图1(A)可见,在烧杯絮凝试验条件下,对于活性黑K-BG、活性艳红K-2BP和活性嫩黄K-6G 三种活性染料,均表现为随PDAD MAC的特性粘度升高去除脱色率略有增加,其大小为:活性黑K-B G(75%左右)>活性艳红K-2BP(65%左右)>活性嫩黄K-6G(55%以下).由此可见,PDAD MAC 去除活性染料的最佳絮凝范围较窄.上述结果表明,由于PDAD MAC和活性染料都是溶解性有机物,因此,絮凝过程并不同于典型絮凝反应过程,而是存在两种相反电荷的高分子或两性有机物的络合反应,即聚电解质络合反应机理.PDAD MAC的特性粘度升高,单个PDADMAC高分子链的正电荷性增强,所以三种活性染料的去除脱色率均随PDADMAC的特性粘度升高而略有增加.而且,PDAD MAC 与活性染料的络合反应与其阳离子和阴离子n+/n-的摩尔比密切相关,只有在阳离子和阴离子摩尔比相近时,才能络合析出,而后絮凝沉淀,因而导致最佳絮凝范围较窄.另外,试验所用的三种活性染料结构不同(合成染料的显色原理主要是发色基团上连接不同的官能团而改变其吸收光谱,使之显现出不同的颜色).一般活性染料所连接的发光官能团多是疏水性基团.为了易溶解,又在染料分子上引入了亲水基团如磺酸基等,所以活性染料等溶解性染料实际都具有疏水/亲水两性有机物性质.根据发光光谱的频率高低而在发色基团上连接的疏水官能团的种类和数目不同,通常深色染料的疏水性大于浅色染料,疏水性强的活性染料更易通过聚电解质络合反应机理去除脱色.

图1PDADM AC对活性染料去除率的影响

(a)活性黑K-BG;(b)活性艳红K-2BP;(c)活性嫩黄K-6G

F i g11R emova l of reacti v e dyes usi ng PDADM AC

从图1(B)可见,在试管絮凝试验条件下,和烧杯絮凝试验对比,三种活性染料的去除脱色率均