粉煤灰是燃煤電廠排放的固體廢棄物，具有吸附和助凝作用，逐漸用于廢水處理領(lǐng)域。研究表明，粉煤灰對廢水中的COD、有機(jī)化合物、金屬離子、濁度有去除作用，但將粉煤灰直接用于廢水處理效果并不理想[1, 2, 3]。殼聚糖是一種有機(jī)高分子助凝劑，無毒，具有電中和與吸附架橋作用，但其在酸性條件下才溶解，且溶解速度較慢，直接應(yīng)用受到一定限制，而且殼聚糖價(jià)格較貴，直接使用成本較高，故將其與膨潤土、蒙脫石、硅藻土、粉煤灰等聯(lián)合起來處理廢水是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)[4, 5, 6, 7]。筆者制備了改性粉煤灰與殼聚糖的復(fù)合吸附劑，利用殼聚糖的電中和與架橋作用，以及粉煤灰的吸附作用去除高濁水的濁度，并對其除濁性能進(jìn)行研究。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 材料與儀器
實(shí)驗(yàn)所用粉煤灰取自銀川某電廠，其主要成分如表1所示。
實(shí)驗(yàn)試劑：鹽酸，分析純，四川西隴化工有限公司;硫酸，分析純，成都市科龍化工試劑廠;氫氧化鈉，分析純，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司;冰乙酸，分析純，天津市瑞金特化學(xué)品有限公司;殼聚糖，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;高嶺土，分析純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所。主要儀器：T8-1型磁力加熱攪拌器，重慶吉祥教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;FA2004B型電子天平，上海精密科學(xué)儀器有限公司;HSB-B88循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長城科工貿(mào)有限公司;101型電熱鼓風(fēng)干燥箱，北京科偉永興儀器有限公司;pHS-25型pH計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司;ZD型濁度儀，無錫優(yōu)量儀表公司。
1.2 吸附劑的制備
(1)粉煤灰的酸浸。選用2 mol/L H2SO4溶液，以液固比10 mL∶3 g對粉煤灰進(jìn)行酸浸，常溫?cái)嚢韬箪o置24 h，抽濾，并用蒸餾水多次沖洗，放入105 ℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干，冷卻至室溫，用研缽研細(xì)即得改性粉煤灰。
(2)吸附劑的制備。將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的冰醋酸稀釋至5%的溶液，用此稀釋溶液將殼聚糖配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的殼聚糖溶液，按不同的質(zhì)量比加入改性粉煤灰，常溫下攪拌均勻呈糊狀后，放入105 ℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干，冷卻后磨細(xì)，即得吸附劑。
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
取一定量校園池塘水加入一定量的高嶺土，攪拌均勻，靜置24 h后，取上清液。測其濁度為200 NTU，pH為6.8。
取該高濁水100 mL，加入一定量的吸附劑，攪拌一定時(shí)間后靜置15 min，用移液管吸取液面下10 mm處水樣測定濁度，并計(jì)算除濁率。除濁率按式(1)計(jì)算。
式中：N1——原水樣的濁度，NTU;
N2——水樣經(jīng)處理后的濁度，NTU。
2 結(jié)果與討論
2.1 質(zhì)量比對除濁率的影響
取9份100 mL高濁水樣置于150 mL燒杯中，分別加入殼聚糖與改性粉煤灰質(zhì)量比為0∶10、1∶100、1∶50、1∶30、1∶20、1∶15、1∶10、1∶8、1∶6的吸附劑各0.3 g，攪拌30 min，靜止15 min，測定其濁度，質(zhì)量比對除濁率的影響見圖1。
圖1 質(zhì)量比對除濁率的影響
由圖1可知，隨著殼聚糖與改性粉煤灰質(zhì)量比的增加，廢水除濁率先升高后下降，質(zhì)量比為0.1時(shí)除濁率最高，達(dá)到89%。原因主要為改性粉煤灰單獨(dú)存在時(shí)，其與高嶺土表面的負(fù)電荷有一定排斥作用，除濁效果較差，當(dāng)加入殼聚糖后可產(chǎn)生電中和與架橋作用，其包裹在粉煤灰表面使粉煤灰?guī)д姾�，與高嶺土表面的負(fù)電荷發(fā)生電中和作用，有利于吸附和凝聚;但隨著殼聚糖的增加，粉煤灰與高嶺土顆粒表面均被占據(jù)，不存在吸附空位，不利于殼聚糖的架橋作用，同時(shí)廢水中高嶺土顆粒表面的負(fù)電荷被完全中和后，剩余的正電荷使其表面電荷性質(zhì)反轉(zhuǎn)，顆粒間斥力增大，不利于除濁。因此殼聚糖與改性粉煤灰最佳質(zhì)量比為0.1。
2.2 吸附劑投加量對除濁率的影響
取100 mL高濁水樣7份置于150 mL燒杯中，分別加入0.05、0.1、0.15、0.2、0.3、0.5、0.7 g質(zhì)量比為1∶10的復(fù)合吸附劑，攪拌30 min后靜止15 min，測定其濁度，投加量對除濁率的影響見圖2。
圖2 復(fù)合吸附劑投加量對除濁率的影響
由圖2可知，復(fù)合吸附劑投加量對高濁水樣的除濁效果影響比較明顯，投加量從 0.05 g 增加到 0.3 g時(shí)除濁率由62.5%增加到 97.5%以上。這是由于吸附劑投加量增加，水中顆粒進(jìn)入吸附架橋作用范圍內(nèi)的數(shù)量增加，同時(shí)正電荷增加，顆粒表面的負(fù)電荷不斷被中和減少，有利于顆粒的去除;當(dāng)吸附劑投加量超過 0.3 g 后，繼續(xù)增加吸附劑的用量，濁度去除率反而降低，這可能是由于吸附劑投加量過大造成顆粒表面被高分子覆蓋，使架橋作用難以發(fā)生，同時(shí)顆粒表面帶有正電荷，相互排斥作用力增加，反而產(chǎn)生穩(wěn)定作用，不利于絮凝沉降。因此，選擇3 g/L 為吸附劑的最佳投加量。
2.3 攪拌時(shí)間對除濁率的影響
分別取100 mL高濁水樣7份置于150 mL燒杯中，分別加入0.3 g質(zhì)量比為1∶10的復(fù)合吸附劑，攪拌一定時(shí)間，靜止15 min，測定其濁度，考察攪拌時(shí)間對除濁率的影響，結(jié)果見圖3。由圖3可知，攪拌時(shí)間對濁度去除率的影響較大。前10 min除濁率變化急劇，是因?yàn)閿嚢钑r(shí)間太短，吸附劑與水中顆粒沒有充分接觸。10~30 min時(shí)除濁率隨攪拌時(shí)間的增加而增大。攪拌時(shí)間超過30 min后，濁度去除率基本保持不變，說明此時(shí)吸附劑的吸附已接近飽和。因此最佳攪拌時(shí)間為30 min。
圖3 攪拌時(shí)間對除濁率的影響
2.4 pH對除濁率的影響
分別取100 mL高濁水樣12份置于150 mL燒杯中，調(diào)節(jié)pH，分別加入0.3 g質(zhì)量比為1∶10的復(fù)合吸附劑，攪拌30 min，靜止15 min，測其濁度，考察pH對除濁率的影響，見圖4。
圖4 pH對除濁率的影響
由圖4可知，pH對高濁水樣的濁度去除率有很大影響。當(dāng) pH 在3~8 時(shí)吸附劑的除濁率較高，變動較小，pH為7~8時(shí)除濁率最高，可達(dá)98%;pH<3時(shí)除濁率急劇下降，這可能是因?yàn)樵趶?qiáng)酸性環(huán)境中殼聚糖會發(fā)生酸溶，影響其吸附性能;pH在9~10時(shí)除濁率急劇下降，這可能是由于堿性條件下殼聚糖的電離受阻，不能產(chǎn)生電中和作用;當(dāng)pH繼續(xù)增大時(shí)，除濁率有所增加，溶液中出現(xiàn)細(xì)小絮狀物，鑒于高濁水是由高嶺土配制而成，其主要成分含有Si、Al等，在強(qiáng)堿性條件下生成了硅鋁酸鹽，具有分子篩的吸附功能。實(shí)驗(yàn)確定最佳pH范圍為7~8。具體參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3 結(jié)論
對改性粉煤灰負(fù)載殼聚糖用于處理高濁水，結(jié)果表明：(1)隨著殼聚糖與改性粉煤灰質(zhì)量比的增大，除濁率先增加后降低，當(dāng)殼聚糖與改性粉煤灰的質(zhì)量比為0.1時(shí)，除濁效果最好;(2)攪拌時(shí)間為 30 min時(shí)除濁效果最佳，攪拌時(shí)間減少會降低除濁率;(3)pH對除濁效果影響較大，pH在3~8時(shí)除濁效果較好，pH為7~8時(shí)除濁率最高，達(dá)到98%;(4)隨著吸附劑投加量的增加，除濁率先增加后降低，投加量為3 g/L時(shí)對廢水的除濁率最高。
