功能高分子材料 教学课件 作者 焦剑姚军燕 主编 第2章 吸附分离高分子材料.ppt

尚辅网 尚辅网 第二章 吸附分离高分子材料 尚辅网 第二章 吸附分离高分子材料 阳离子型高分子絮凝剂 通过阳离子基团与有机物接枝获得 常用的阳离子基团有季铵盐基、吡啶嗡离子基或喹啉嗡离子基。主要的品种有聚二烯丙基二甲基氯化铵、环氧氯丙烷与胺的反应产物、胺改性聚醚和聚乙烯吡啶等。 聚二烯丙基二甲基氯化铵是一种高效阳离子型高分子絮凝剂，它在油田污水、含油污水和除浊处理中都有很好的性能，此外，它对含色污水处理也有很好的效果，同时也能降低COD值。 与其他阳离子絮凝剂相比，环氧氯丙烷与胺的反应产物在含氯分散相的分散体中不与氯化物起作用，从而不会降低其絮凝效果。 尚辅网 第二章 吸附分离高分子材料 非离子型高分子絮凝剂 无电荷，在水溶液中借质子化作用产生暂时电荷，凝集作用以弱氢键结合，絮体小且易遭受破坏。 主要品种：非离子型聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯等。 PEO是由环氧乙烷在催化剂存在下经开环聚合而成，高聚合度的PEO对水中悬浮的细小粒子具有絮凝作用，其相对分子质量越高絮凝效果越好。该化合物在用量大时表现出分散性，只有用量小时才表现出絮凝性。PEO用于洗煤水的处理时比PAM的效果好，用量为5 mg/L 时即可明显加快沉降速率，并且处理后的泥浆比较紧密，易去垢，尤其对氧化煤悬浮液絮凝更有效，不需调pH。PEO对黏土的絮凝沉降也特别有效。 尚辅网 第二章 吸附分离高分子材料 两性离子型高分子絮凝剂 兼有阴、阳离子基团的特点，在不同介质条件下，其离子类型可能不同，适于处理带不同电荷的污染物，特别是对于污泥脱水，它不仅有电性中和、吸附架桥、而且有分子间的“缠绕”包囊作用，使处理的污泥颗粒粗大，脱水性好，同时，其适应范围广，在酸性、碱性介质中均可使用，抗盐性也较好。 常用的有机高分子絮凝剂的结构如表2-13所示。 尚辅网 第二章 吸附分离高分子材料 尚辅网 第二章 吸附分离高分子材料 ⑷ 无机/有机复合絮凝剂 无机/有机复合絮凝剂，一般是将铝系、铁系、铁铝系、聚硅酸盐等无机絮凝剂与有机高分子絮凝剂如甲壳素、PAM、PDMDAAC等进行组合。 这种复合絮凝剂的优点在于：提高絮凝效果，提高澄清度；加快絮体形成、沉淀、过滤等过程的速度，从而提高絮凝处理能力；提高固液分离时的浓缩、过滤和离心分离效率；增大絮凝体的体积、强度和吸附活性；改善和提高污泥的可压缩性，减小其含水量；降低高分子絮凝剂用量，节省成本；扩大絮凝剂的有效作用pH范围。 尚辅网 第二章 吸附分离高分子材料 2.5.2 高分子絮凝剂的作用原理 在工业和生活污水中存在着大量的胶体粒子和悬浮颗粒，这些大小不一的微粒在水中处于不停的布朗运动中，且粒子的粒径越小，运动的距离就越远，运动能力就越强。在重力作用下，分散体系中粒子的沉降速率v可用Stokes公式表示为： V=2r2Δρg/9η 其中r为粒子的粒径，Δρ是粒子与介质间的密度差，g为重力加速度，η为体系的粘度。 尚辅网 第二章 吸附分离高分子材料 微粒的稳定性： 对粒径很小的单个粒子，自然沉降的速度很慢，再加上布朗运动和热对流等因素的影响，完全依赖重力作用很难沉降。 粒子与粒子之间可能产生碰撞，并且粒子越小，表面能越高，粒子与粒子之间越容易合并，因此粒子之间存在着因碰撞而形成大粒子的可能性，从而有可能加快其沉降的速度。但这些分散体系中的颗粒表面通常是带电荷的，其原因是电离基团的电离、对溶液中离子的吸附以及由于介电常数的差异而造成的电子在界面上的迁移。在介质中的微粒由于带有同性电荷而相互排斥，减少了碰撞聚集的机率。 尚辅网 第二章 吸附分离高分子材料 微粒在体系中得以稳定的另一个重要原因就是微粒的带电特性。粒子表面带电，在其周围形成双电层结构，双电层的厚度δ可定义为从粒子表面到溶液中电势降为其表面电势1/e处的距离，在25℃下可表示为： Z是溶液中电解质离子的价数，C为电解质溶液的浓度（mol/L），εr是介质的相对介电系数。 双电层厚度越厚，粒子间就越不容易碰撞，粒子就越稳定。可见溶液中电解质离子的价数和电解质溶液浓度的提高，会使双电层的厚度降低，从而破坏粒子的稳定性。 尚辅网 第二章 吸附分离高分子材料 加快沉降速度的途径：一是使微粒之间相互碰撞以增大粒径，二是加入其它的电解质以破坏双电层。 若微粒相互接触后，聚集长大并自然下沉，形成细密的沉淀积于底部，这种方式称为凝聚，可以使微粒间碰撞几率增加并使这凝聚的试剂则称为凝聚剂，如一些无机盐类。若微粒在沉降过程中，相互聚集并形成一种松散结构，同时又可以夹带其它小微粒一起沉降，最终形成松散沉淀的过程称为絮凝，能使分散的微粒絮凝的试剂称为絮凝剂。 尚辅网 第二章 吸附分离高分子材料 高分子絮凝剂的作用一般认为有三种方式： ⑴ 带电的絮凝剂可与带相反电荷的微粒作用使电荷中