植物单宁作为絮凝剂在水处理中的应用
单宁能与蛋白质、多糖、非离子表面活性剂、金 属离子( 特别是重金属盐) 结合产生沉淀; 另外, 单宁 水溶液有半胶体溶液的性质, 脱粒带负电, 具有动电 电位, 而且单宁本身是天然大分子物质, 体积大, 这样容易从水中絮凝沉淀下来, 因此广泛用于饮用 水、废水和工业废水处理。但天然植物单宁电荷密度 较小, 性质多活泼, 很易发生缩合或者降解失去活 性, 絮凝效果不理想。为了提高单宁的絮凝效果, 人 们将一些带电荷的基团如含氮基团、磺酸基等引入 单宁中, 大大提高了单宁絮凝剂的性能和使用价值。 经过改性的单宁絮凝剂性质比较稳定, 能够生物降 解, 不会对环境造成二次污染, 从而可减轻污水后续 处理的压力。目前单宁改性主要有三方面: 阳离子 化、阴离子化、两性化。
1.1 阳离子化
胶体和悬浮物颗粒通常都是带负电荷的, 因此 在实际应用中多将植物单宁改性为阳离子絮凝剂。 常通过以下两种方式改性得到: 一是与带正电荷的 离子型单体接枝共聚产生; 二是通过酚羟基醚化的 方法将N 原子引入单宁分子, 获得季铵盐型絮凝剂。 改性后的阳离子单宁通过与水中带负电荷微粒中和 和吸附架桥作用, 使体系中的微粒脱稳、絮凝, 同时 还有脱色功能, 因此比较适于处理有机物质含量较 高的废水。吴剑平等用落叶松栲胶改性得到阳离 子单宁(CAT) 再与聚合氯化铝( PAC) 制取阳离子单 宁- 聚铝复合絮凝剂, 处理高有机物含量废水, 絮凝 效果不仅比单独投加CAT 或PAC 效果好, 而且也降 低了无机絮凝剂用量。吴敏等以植物单宁为原料 制得JK- A 和JK- B 两种季铵盐型絮凝剂, 处理活 性污泥水均比无机絮凝剂好, 且用量少。肖遥等通过 叔胺的甲基化反应改性得到的季铵盐型单宁兼具多 种功能, 有很好的开发前景。
1.2 阴离子化
单宁含有酚羟基、羧基等活性基团, 水溶液有半 胶体溶液的性质, 脱粒带负电, 能与带正电荷粒子如 金属离子悬浮颗粒络合形成稳定螯合物产生沉淀, 因 此可用来去除废水中的有毒重金属离子。李琳等用 橡椀单宁处理Pb2+、Cd2+、Cr3+、Zn2+、Mn2+、Fe2+六种重 金属离子, 在中性或微碱性条件下, 几种金属离子去 除率分别达到80%以上。张力平等也证实了落叶 松单宁能有效去除Cu2+、Fe2+、Zn2+等金属离子。在水 处理中, 单宁还可用于净化含蛋白质和表面活性剂 废水, 使之生成絮凝物沉淀再除去, 以降低COD, 避 免水中蛋白质类有机物发出恶臭。但是, 水中大 量的黏土、有机物等悬浮颗粒的胶团表面几乎全带 负电荷, 单宁虽然可与蛋白质、表面活性剂、多糖等 形成结合物, 但是因为单宁的分散性, 单独使用不能 起到有效的絮凝作用, 而与无机絮凝剂如铝盐等复 配会收到良好的效果。Mahmut #zacar用橡果单 宁、橡果单宁与铝复配、合成阴离子聚电解质 (AN913) 三种絮凝剂于同一条件下处理合成污水, 结果发现复配絮凝剂絮凝效果更明显, 原因是铝盐 与单宁、黏土之间形成了铝- 单宁- 黏土粒子络合 物, 更易脱色。
1.3 两性化
利用缩合单宁A 环的亲核反应活性, 采用仲胺、 甲醛与单宁进行曼尼希反应, 将胺甲基引入A 环, 制 成胺化单宁, 所得的改性产物是一种两性化合物。 两性单宁既带有阴离子基团又带有阳离子基团, 其 阳离子可以捕捉水中的有机悬浮杂质, 阴离子可以 促进无机悬浮物的沉降, 在处理许多其他絮凝剂难 以处理的水质时有很好的应用效果。絮凝丹即是这 类产品, 絮凝丹用于城市饮用水的净化和其他给水、 污水处理, 可以提高絮凝物的沉降过滤速率, 且有价 廉无毒的优点; 用落叶松栲胶制的絮凝丹对长江水、 黄河水的絮凝效果是硫酸铝的10 ~ 30 倍。
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