2　结果与讨论

    2. 1　共聚产物PCD的表征

    PCD接枝成功与否,直接关系到PCDAC有机高分子物的分子量和表面阳离子密度,且决定了复合絮凝剂对印染废水的处理效果。充分干燥壳聚糖与接枝共聚物PCD后,测定其红外光谱,见图1。

图1　壳聚糖(A)与PCD (B)的红外光谱图

    由图1可见,壳聚糖(A)由于分子内-OH缔合,在3 200～3 400 cm-1处出现强而宽的吸收峰;而接枝共聚物PCD (B )由于部分氢键被打破,吸收峰相对减弱。1 595 cm-1处为壳聚糖分子-NH2 的剪式振动吸收峰,而在壳聚糖接枝物中,此吸收峰却没有出现。在1 568 cm-1处, C=O的伸缩振动峰明显增强,在2 921和1 412 cm-1处出现-CH3 的振动峰。这些均表明二甲基二烯丙基氯化铵和壳聚糖接枝物已经形成。

    2. 2　PCD絮凝剂的絮凝脱色特性

    2. 2. 1　PCD的浊度去除效果

    投加不同量0. 1 g/L 的PCD,以处理实际印染废水,其浊度去除效果见图2。

图2　PCD投加量对絮凝效果的影响

    由图2可见,随PCD投加量的增加,溶液的浊度下降,在PCD 3 mg/L时,浊度最小;继续增大投加量,浊度又上升。这主要是因为水体中胶体颗粒带负电荷,而PCD是一种阳离子絮凝剂,用量适当,恰好能中和电荷,起到很好的絮凝效果;而浓度增大时,胶体表面吸附大量的共聚物,使得ζ电位过高,胶体又发生再稳作用,浊度反而上升。

    2. 2. 2　PCD的脱色效果

    采用0. 1 g/L PCD处理模拟印染废水, PCD投加量对脱色率的影响见图3。

图3　PCD投加量对脱色率的影响

    由图3可见, PCD投加量8 mg/L时,脱色率最高,投加不足或过量,均会引起脱色率下降。这是因为投加量恰当, PCD分子链上的正电荷会对表面带负电荷的胶粒产生强烈的吸附作用,中和胶粒表面的部分负电荷,降低染料胶粒之间的静电斥力,染料颗粒之间得以相互接近而吸附。由于PCD分子呈线型结构,其支链DMDAAC因正电斥力而展开,能对染料分子发生架桥和网捕作用, 在搅拌下,形成大量的疏水性絮凝体而沉淀,达到脱色目的。

    对比图2和图3, PCD絮凝剂的脱色最佳投加量,对浊度去除非常不利,使得PCD絮凝剂在浊度去除和脱色方面不能统一。因此,单独使用PCD絮凝剂不能同时达到较好的降浊和脱色的目的。考虑将PCD 与PAC进行复配,同时发挥有机絮凝剂的吸附架桥和无机絮凝剂电中和及氢键作用。

    2. 3　PCDAC的絮凝脱色效果

    2. 3. 1　不同复配比对絮凝脱色效果的影响

    固定PAC用量为200 mL,分别加入不同体积的PCD溶液,得到不同复配比的复合絮凝剂PCDAC。将20 mL不同复配比的絮凝剂加入1 000 mL 实际废水中,考察复配比对絮凝脱色效果的影响,见图4。

    对比图2和图3, PCD絮凝剂的脱色最佳投加量,对浊度去除非常不利,使得PCD絮凝剂在浊度去除和脱色方面不能统一。因此,单独使用PCD絮凝剂不能同时达到较好的降浊和脱色的目的。考虑将PCD 与PAC进行复配,同时发挥有机絮凝剂的吸附架桥和无机絮凝剂电中和及氢键作用。

    2. 3　PCDAC的絮凝脱色效果

    2. 3. 1　不同复配比对絮凝脱色效果的影响

    固定PAC用量为200 mL,分别加入不同体积的PCD溶液,得到不同复配比的复合絮凝剂PCDAC。将20 mL不同复配比的絮凝剂加入1 000 mL 实际废水中,考察复配比对絮凝脱色效果的影响,见图4。

    (A)复配比对浊度去除率的影响

图5　pH值对脱色效果的影响

    由图5可见,印染废水pH值为3～9时,复合絮凝剂的处理效果理想, pH值为6时达到最高。这可能是因为在酸性条件下, PCDAC分子支链之间由于正电斥力而呈网状展开,同时壳聚糖分子链上嫁接了高正电荷密度的聚合铝基,具有很强的电中和作用,能与染料分子中的负电荷基团结合,形成微粒脱稳;而在中性和弱碱性条件下,活性染料和直接染料分子的磺酸基可形成负电荷基团,此时PCDAC的无机部分呈带正电的多羟基聚合形态,染料分子中所含的—OH和—NH2 ,两者之间存在氢键和架桥作用,促使微粒聚集沉淀,从而达到除浊脱色的目的。

    2. 3. 3　PCDAC投加量对絮凝脱色效果的影响

    向pH值为6的1 000 mL实际废水中加入不同体积复配比为4的PCDAC溶液,考察复合絮凝剂投加量对絮凝脱色效果的影响,见图6。

图6　投加量对脱色效果的影响

    由图6可见,投加量小于200 mg/L,脱色率随絮凝剂投加量的增加而增加,且在投加量为200 mg/L时达到96. 1%;投加量超过250 mg/L后,脱色率明显下降。这是因为当投加量不足时, PCDAC中无机部分不能提供充分的反电荷而使染料胶体脱稳,其有机部分又由于作用点太少,难以发生最多的吸附架桥,导致染料分子不能凝聚成大颗粒而被沉淀; 投加量过大, PCDAC中的无机部分使原来失稳的染料胶体带上正电荷,此时胶粒间出现斥力,ζ电位增加,染料胶粒重新稳定存在于水样中,同时,胶体的颗粒表面吸附了大量的高分子物,在表面形成空间保护层,阻止形成架桥结构,阻碍絮凝发生。只有当投加量适当, PAC提供的正电荷恰好中和胶粒表面的负电荷,降低了染料胶粒之间的静电斥力,使染料颗粒之间容易相互接近而吸附在一起,同时PCD能最大限度地发生吸附架桥作用,使絮体逐渐脱稳长大,从而携带染料沉降。

    3　结论

    (1)用交联壳聚糖季铵盐与聚合氯化铝制备了复合絮凝剂PCDAC。在pH值6、投加量200 mg/L 时,对实际印染废水的浊度去除率和脱色率最高可以达到98. 2%和96. 1%。

    (2) PCDAC作为一种新型复合絮凝剂,充分发挥了无机、有机絮凝剂的协同作用,使脱色和除浊效果统一,且投药量低、pH值适用范围广,具有良好的应用前景。