评价絮凝性能好，毒性低，絮凝性好的新型壳聚糖基絮凝剂外文翻译资料

 2022-11-11 14:55:10

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学 号：

0

Evaluation of a novel chitosan-based flocculant with high flocculation performance, low toxicity and good floc properties

毕业设计（论文）英文文献翻译

学 院

班 级

环境01

姓 名

指导教师

评价絮凝性能好，毒性低，絮凝性好的新型壳聚糖基絮凝剂

2017

年

5

月

25

日

（注：装订时，此封面后应接英文原文，再接中文翻译，论文后面的参考文献可不要译）

摘要

在这项工作中，成功设计并制备了一种新型壳聚糖基絮凝剂羧甲基壳聚糖 - 接枝聚[（2-甲基丙烯酰氧基乙基）三甲基氯化铵]（CMC-g-PDMC）。其分别在酸性，中性和碱性条件下，使用高岭土悬浮液，腐殖酸（HA）溶液和高岭土HA混合悬浮液作为合成废水，系统评价了CMC-g-PDMC的絮凝性能。实验结果表明，与聚氯化铝相比，CMC-g-PDMC显示较低的最佳剂量，更高的污染物去除效率，更广泛的适用pH范围，较低的出水毒性和更好的便于后续处理处置的絮凝物。CMC-g-PDMC的高絮凝性能归因于提高正电荷电荷量和分子量的两个结构优点。此外，絮凝过程中通过原位光散射系统研究了絮凝物形成，断裂，再生长和分形结构等絮凝特征。通过图形详细分析，清楚地揭示了絮体尺寸，分形维数和絮凝强度之间的差异和关系。基于絮体特性与zeta;电位测量结合的分析，深入讨论了不同合成废水在不同pH下的絮凝机理：电荷中和或补片在不同条件下起关键作用，絮凝机理与絮凝性质之间的关系已经建成。有效和环保的絮凝剂在水处理领域具有显着的应用潜力。

关键词：基于壳聚糖的絮凝剂；絮凝机制；絮凝物的性质；分形维数；絮凝强度

1.介绍

由于其便利性和成本效益，絮凝仍然是水处理工程（WTW）中最常见和重要的单元过程之一[1,2]。在絮凝工艺中，絮凝剂的种类决定最后的絮凝表现。传统的无机金属和合成聚合物絮凝剂具有二次污染的风险[3-5]，但是环保且可生物降解天然聚合物聚合物得到了高度重视[3,6]，并被广泛采用。在各种天然聚合物中，通过几丁质脱乙酰化的壳多糖是第二大天然聚合物，是最有希望的候选物之一[7-9]。然而，当将壳聚糖用作絮凝剂时，两个最重要的方面是其水溶性差和分子量低。由于分子间和分子间氢键较强，壳聚糖只能溶解在酸性溶液中。更糟的是，在低于5.0的pH下，壳聚糖的降解速度将会加快引发大大降低分子量[10]，导致絮凝效率降低。因此，壳聚糖需要进行化学修饰来克服这些缺点[8,11]。在各种化学修饰方法中，羧甲基化[12]是将壳聚糖的可溶性范围扩大到更高pH的最简单方法。然而，羧甲基壳聚糖（CMC）也具有弱点，即接枝羧甲基基团的负电荷数量增加导致静电排斥对于带负电荷的胶体颗粒和通常存在于天然表面水中的有机污染物[7]。因此，除了羧甲基化之外，还需要进行其它修饰。

在作者以前的研究中，已经制备了两种基于CMC的絮凝剂。一个是通过醚化引入具有小分子量的季铵基，以增加正电荷，从而增强絮凝剂和带负电荷的污染物之间的电荷吸引力[13]。另一种是将中性聚丙烯酰胺枝接枝到CMC上以提高分子量，以促进对污染物的接触性[14]。尽管如此，上述两种改性絮凝剂仅改善了一个因素。因此，预期接枝带正电的聚合物分支例如（2-甲基丙烯酰氧基乙基）三甲基氯化铵（DMC）可以结合这两个优点。除了合适的水溶性和高分子量之外，化学键合共聚物的生物降解性可以很好地控制，因为其存在多糖骨架和抗剪切柔性接枝链[15]。

此外，除了絮凝性能（即污染物去除效率），絮凝性质[1,6-19]对于絮凝机理研究和工业过程的实际操作也是重要的。通常，可以使用几个参数包括絮凝物的尺寸，紧实度和强度来描述絮凝物性质。其中，絮状体大小是以前絮凝中最常观察到的参数[20]。因为絮凝的目的是使颗粒形成大的聚集体并沉降，那么较大的絮凝物显然是有利的。另外，絮凝物的紧凑性更为重要。污泥絮凝物通常产生较低的污泥量，进而总处理成本降低[21]。由于Mandelbrot在20世纪70年代提出了分形理论[22]，由质量（m）和特征长度（l）之间的幂律关系定义的质量分形维数（DF）[23]已被发现是一个强大的 参数，以反映不规则和多孔絮状物的空间填充能力。较大的DF表示絮状物中紧密排列的絮凝颗粒，而较小的DF表示高度分支和松散的结构。此外，絮凝强度[16,17]也被视为反映絮凝体抵抗剪切力的能力的关键参数。分形理论认为小颗粒不利于固/液分离过程。虽然WTW的单元过程通常被设计成最大限度地减少絮体破裂，但是通常存在通常具有高剪切的区域[24]。

在过去几十年中，已经开发了许多不同的技术来测定絮凝物性质，如图像分析[25]，光散射（LS）[23]，厚纸机[26]，沉降速率[27]等。在过去几十年中，已经开发了许多不同的技术来测定絮凝物性质，如图像分析[25]，光散射（LS）[23]，库尔特计数器[26]，沉降速率[27]等。其中，LS更易于操作和省时。通过光散射，可以以连续的方式在一次测试中同时获得絮凝物的大小，以及分形维数和絮状强度[14]。因此，可以评估絮凝生长动力学，以更深入地了解絮凝机理。

鉴于上述各方面，本研究首先是制备新型壳聚糖基絮凝剂（CMC-g-PDMC）。然后，分别在酸性，中性和碱性条件下研究CMC-g-PDMC的絮凝性能。 通常在真实地表水中存在的高岭土和腐殖酸（HA）被选为合成废水中的污染物。

2.实验

2.1.材料

壳聚糖（脱乙酰度：85.2％;粘均分子量：83.4times;104g / mol）购自山东奥康生物有限公司一氯乙酸（淄博洛苏经济贸易有限公司），DMC（上海邦成生物学 Technol.Co.，Ltd.），聚氯化铝（PAC，[Al2（OH）nCl6-n]m，n = 3.6-5，m lt;10，Al2O3含量gt; 28％），过硫酸钾（KPS;国药化学试剂 Co.，Ltd.），高岭土（平均粒径：4.18mu;m;国药控股有限公司）和HA（富勒酸型; 90％纯度，阿拉丁化学有限公司）。所有其他化学品均购自南京化学试剂有限公司.实验中使用蒸馏水。

2.2.CMC-g-PDMC的制备

如图1（a）所示，CMC-g-PDMC通过两步法制备。

——图一——

第一步，根据作者先前的方法合成CMC（羧甲基取代度：48.3％）[13,14]。 在第二步中，聚（DMC）（PDMC）分支如下接枝到CMC骨架上：

将固体CMC完全溶解在100mL的1重量％盐酸中后，将溶液在N2下搅拌30分钟，然后加入已知量的KPS作为引发剂。将溶液保持5分钟，由引发剂预处理CMC，抑制PDMC均聚物的形成[28]。然后滴加DMC单体水溶液20分钟。反应在N 2下进行3小时，然后通过将样品溶液沉淀在丙酮中而停止。将所得固体产物过滤，用乙醇洗涤，用索氏抽提装置乙醇萃取72小时，除去所有杂质[29]，最后在室温下真空干燥。

2.3.表征

傅里叶变换红外（FTIR）光谱通过Bruker Model IFS 66 / S FTIR光谱仪在650-4000cm -1的波数范围内记录。用Bruker AVANCE型DRX-500光谱仪在500MHz下用由CF 3 COOD和D 2 O组成的混合溶剂以1：1的质量比进行1H核磁共振（1 H NMR）光谱。在Shimadzu Model XRD-6000 X射线衍射仪上以40kV的电压和30mA的电流记录波长为0.15418nm的CuKalpha;辐射的广角X射线衍射（XRD）图案。在Malvern Model Nano-Z Zetasizer上测量zeta;电位（ZP）。进行急性毒性测定的使用6-24h新生大蚤被广泛接受为用于测试急性毒性的标准化和可靠的生物体。详细测试方法基于中国国家标准GB/T 13266-91。

2.4.絮凝实验

2.4.1.罐测试

在室温下使用1L罐和6位程序桨式混合器（型号TA6，Wuhan Hengling Technol.Co.，Ltd.）进行罐试验。使用高岭土悬浮液（1g/L），HA溶液（50mg / L）和高岭土和HA（1g/L高岭土和50mg/LHA）的混合悬浮液作为合成废水，模拟为高混浊的地表水含有高含量的水生腐殖质。根据报道的方法制备HA储备溶液[7]。在试验前新鲜制备合成废水，通过将设计量的物质加入到水中并在200rpm下在超声下快速搅拌3分钟以确保均质悬浮液。稀释HCl或NaOH用于调节pH值。在蒸馏水中通过磁力搅拌下溶解絮凝剂新鲜制备絮凝剂储备溶液。

罐试验的详细程序由200rpm快速混合5分钟，以确保充分混合絮凝剂与废水，以50rpm缓慢混合15分钟用于絮凝生长，最后沉降40分钟以进行絮凝沉降。这个程序与以前的工作[14]相同，用于比较。在这些步骤之后，从上清液中收集样品用于进一步的残留污染物分析，ZP测量和流出物毒性测定。 在相应条件下的每个结果是三次罐测试的平均值。

2.4.2.残留污染物分析

在浊度指示器（型号ATZ-A22，无锡光明仪器厂）测量高岭土和高岭土HA悬浮液的浊度。 残留浊度百分比（RT，％）定义为：

其中T和T0分别是上清液和原水的浊度。

为了分析HA的残留浓度百分比（RC，％），将经过处理的HA和高岭土HA悬浮液的收集上清液通过直径为0.45mu;m的膜过滤以首先除去絮凝物。然后通过紫外-可见分光光度法（型号UV-2401，Shimadzu Co.）在254nm波长下结合HA预先制备的标准曲线测定HA浓度。 RC表示为：

其中C和C0分别是上清液和原水中的HA浓度。

2.4.3絮体性质的测定

絮凝性质通过放射波长为633nm的Malvern Mastersizer 2000 LS系统进行分析。该装置是根据作者以前的工作[14,30]设立的。简而言之，由位于下游的泵驱动，循环水在封闭系统中流过样品池，使得悬浮液被连续分析。

对于絮凝物尺寸和分形尺寸测量，按照与上述相同的两个步骤进行罐试验（即，以200rpm快速混合5分钟，并以50rpm缓慢混合15分钟）。在这项工作中，应用体积加权平均直径（DV，mu;m）表示絮体尺寸，这是由数据处理软件根据米氏散射理论计算和提供的[31]：

(3)

其中D是每个单个絮凝体的等效球体直径。虽然三重的理论最初应用于实体领域，但是在以前的许多作品中已经证明了各种分形聚集体的合理性[26,32-34]。

在以前的文献的基础上，通过众所周知的幂律关系[1，35,36]，使用LS来确定DF对数线图的负斜率：

（4）

其中I是光强度，Q是可以根据以下等式给出的散射矢量：

（5）

其中，nRI是分散介质的折射率（1.33为水），lambda;为辐射波长（该工作中为633nm），theta;为数据处理软件中先前已知的散射角。

另外，为了测定絮体强度，进行絮体断裂和再生长实验。在如上所述的快速和缓慢的搅拌步骤之后，将悬浮液暴露于增加的剪切力下再进行10分钟以进行絮凝断裂，然后以50rpm回转缓慢搅拌10分钟用于絮体再生长。分别进行测试，并分别以50,100,150和200rpm的各种增加的剪切速率（RPM）重复三次。絮体强度拟合系数（gamma;）是根据报告的方法从絮凝断裂周期和RPM的絮凝物尺寸对数线图的负斜率得到的[27,37]：

Dv prop; RPMminus;gamma; （6）

其中较大的gamma;值表现出较低的絮凝强度，表现出较弱的抗断裂性。

此外，还测

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