改性壳聚糖絮凝剂处理丝胶蛋白废水的研究

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在真丝绸的精练过程中会产生大量丝胶蛋白废水,其中的丝胶成分是一种天然的蛋白质资源,目前对其有效回收利用的技术仍需要进一步的研究。壳聚糖类絮凝剂是一种天然的高分子物质,与丝胶有许多相同的理化性能和应用领域。因此,将壳聚糖改性后获得亲水性产物,并将其应用于丝胶蛋白废水的处理中,不仅解决了水污染的问题,而且回收了有用资源,具有非常重要的意义。本文针对壳聚糖水溶性差而应用受限的缺点,首先用2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(ETA)对其进行改性得到2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(HACC)。通过单因素分析得出了改性反应的最佳工艺条件:反应pH=8,温度为70℃,时间为8h,ETA与壳聚糖摩尔比为3,由此可得取代度为98%的产物,并通过红外、核磁等手段证实ETA在壳聚糖的氨基上发生了亲核取代反应,改性后产物的水溶性和正电性均有明显改善。将HACC用来处理脱胶废水,获得的最佳絮凝条件为:HACC取代度为98%、用量为1g/L,废水pH=8,搅拌速度400rpm,沉降时间3h,温度为30℃。在此情况下,对废水的处理效果最好,可使浊度去除率达99%,蛋白质去除率为86%,COD的去除率为41%。通过与其他絮凝剂(铝盐、铁盐及壳聚糖)的比较可以看出,HACC具有绿色环保且性能优良的特点。为考察HACC的实用性,用其处理丝绸之路控股集团有限公司的丝绸精练废水,絮凝完成后,出水的多数指标可达三级排水标准,只有COD值需在后期的深度处理中进一步降低。另外,为探索HACC-丝胶絮凝物的再次应用,本文将其作为整理剂对棉织物进行改性,有效提高了棉的吸湿性、抗菌性和抗皱性。最后,本文对絮凝动力学及絮凝机理进行了研究,文中考察了速度梯度和时间等动力因素对絮体粒径平均生长速度的影响,通过响应曲面法给出了本实验的最佳条件为:G0=3281.53s-1、T0=59.03s、G1=200s-1、T1=15.18min,此时絮体的平均生长速度达到最大值71.87μm/min,对废水的处理效果最佳。同时,给出了絮凝实验的建议动力条件:G0=3000~3400s-1、T0=48~64s、G1=0~400s-1、T1=13~17min。在机理方面,通过分析废水zeta电位和处理效果的关系并观察SEM图可知:HACC对蛋白质的絮凝作用以电中和为主,吸附架桥为辅。
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