改性田菁膠作為重金屬離子捕集劑的研究進(jìn)展

鄭輝 趙玉婷 王蕾 苗小會(huì) 李睿(大慶師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院 黑龍江 大慶 163712)

引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，來(lái)自農(nóng)藥、醫(yī)藥、油漆、染料、化工等各種工業(yè)的排放使我們生活環(huán)境中的重金屬離子越來(lái)越多。微量的重金屬元素對(duì)于人體健康是必不可少的，但如果環(huán)境中存在著過(guò)多的重金屬污染物，將會(huì)對(duì)人體造成巨大的危害。它的主要威脅在于不僅不能被微生物分解，反而能被生物體富集，轉(zhuǎn)化為毒性更強(qiáng)的金屬有機(jī)化合物。

含重金屬污水的常規(guī)處理方法如絮凝沉降法對(duì)重金屬離子的針對(duì)性較差。而以改性田菁膠為代表的重金屬離子捕集劑在處理重金屬離子中由于使用方法簡(jiǎn)便、去除效果好、污泥量小且穩(wěn)定、安全性高等特點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的重視。

一、改性田菁膠在含重金屬工業(yè)污水處理中的應(yīng)用

田菁膠是一種半乳甘露聚糖天然多糖高分子化合物，不但具有較強(qiáng)的吸附能力，而且無(wú)毒，在我國(guó)資源豐富。其不溶于有機(jī)溶劑，部分溶于水，溶解緩慢，易成膠體。在實(shí)際使用中，田菁膠不能達(dá)到要求的溶脹和水合，溶解速度慢，因此要借助田菁膠豐富的羥基。通過(guò)多種化學(xué)手段對(duì)其進(jìn)行改性，從而制得多種不同性質(zhì)的改性田菁膠[2]。

1.羧甲基田菁膠

羧甲基的引入使其親水性得到增強(qiáng)，更易溶于水，減少了水不溶物、降低了粘度，同時(shí)具有更高的活性、水溶性和穩(wěn)定性。

羧甲基田菁膠可與堿式氯化鋁復(fù)配，通過(guò)混凝、氣浮等方法處理造紙廢水，不僅處理工藝穩(wěn)定，廉價(jià)，且效果良好[1]。對(duì)低濃度的重金屬離子如：汞、鉻、鎘的捕集效果一般。將其作為專一重金屬離子捕集劑是否可行，還有待研究

2.羥乙基田菁膠

堿性乙醇介質(zhì)中，使用環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷與田菁膠進(jìn)行反應(yīng)可制備羥乙基田菁膠。處理開封新新造紙廠的廢水時(shí)，經(jīng)過(guò)測(cè)試，羥乙基田菁膠的使用量在5mg/L為宜。過(guò)高的聚鐵使水解絡(luò)合物增多，但不能線性增加交聯(lián)架橋機(jī)會(huì)，影響性能，增加成本。在固定了聚鐵和羥乙基田菁膠用量后，測(cè)定其在pH在6-8時(shí)絮凝效果良好[2]。

羥乙基田菁膠與聚合硫酸鐵進(jìn)行復(fù)配，其效果比兩者單獨(dú)使用都要好。相比羧甲基田菁膠，原料中不再使用的氯乙酸使其更加綠色環(huán)保，用于污水處理不易對(duì)環(huán)境造成影響[2]。

3.季銨型陽(yáng)離子田菁膠

與田菁膠相比，季銨型陽(yáng)離子田菁膠的水不溶物是田菁膠的40%。其與聚合硫酸鐵復(fù)配可用于城市污水處理。結(jié)構(gòu)中存在的季銨陽(yáng)離子集團(tuán)帶有正電荷，吸引水樣中膠粒所帶的部分負(fù)電荷，降低ξ電位，增加膠體粒子的碰撞幾率，發(fā)生凝聚。

相比羥乙基田菁膠，季銨型陽(yáng)離子化的除去效率更高。相同的CODCr除去效果，季銨型陽(yáng)離子化田菁膠10mg/L，聚合硫酸鐵15mg/L，不到羥乙基田菁膠復(fù)配劑使用的聚合硫酸鐵量的十分之一[3]。季銨型陽(yáng)離子化田菁膠與聚合硫酸鐵復(fù)配具有更高的除去效率，以及更好的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

4.兩性田菁膠

兩性田菁膠由于高分子鏈起到粘接架橋作用，多價(jià)電解質(zhì)的雙電層作用中和了膠體微粒所帶靜電致使中性膠粒發(fā)生碰撞時(shí)產(chǎn)生凝聚作用。其與聚合硫酸鐵的絮凝效果要高于羥乙基田菁膠的絮凝效果。在處理自開封市仁和屯排污口取一定量生活廢水時(shí)，兩性田著膠助凝效果較羥乙基田著膠要好；聚合硫酸鐵(200 mg/L)與兩性田著膠(10 mg/L)于pH值為7時(shí)復(fù)配，混凝效果為最佳，CODCr去除率達(dá)到近80%[4]。

5.田菁膠基二硫代氨基甲酸鹽

田菁膠經(jīng)精制、堿化、環(huán)氧化、胺化等一系列工藝后，與四氫呋喃和二硫化碳混合攪拌，即得SG基二硫代氨基甲酸鹽[5]。這種改性田菁膠作為針對(duì)性性較強(qiáng)的重金屬離子捕集劑具有很好的捕集效率，在濃度為0.01mol/L的金屬離子濃度，室溫下24小時(shí)，僅需0.1g該捕集劑的捕集效率為：對(duì)Ag+和Cr3+的吸附容量可達(dá)到8.07 mmol/L和9.18mmo1/L。均可達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

二、小結(jié)

綜上所述，以上改性產(chǎn)品均可作為污水處理的助凝劑，其對(duì)重金屬離子具有一定的捕集、吸附效果，但針對(duì)性較差。捕集效果除田菁膠基二硫代氨基甲酸鹽外均一般。各種改性產(chǎn)品，其復(fù)配后的效果均要高于任一組分單獨(dú)使用的效果。

田菁膠在污水處理中因其具有對(duì)重金屬離子的選擇性好、吸附速率快、去除率高，而且經(jīng)簡(jiǎn)單再生后可重復(fù)使用，既達(dá)到了去除重金屬離子的目的，又不會(huì)給水體帶來(lái)二次污染。其作為一種綠色環(huán)保的重金屬離子捕集劑產(chǎn)品，還將有更廣闊的的空間有待探索。

[1]杜華善.田菁膠羧甲基化反應(yīng)過(guò)程中系統(tǒng)水含量對(duì)終產(chǎn)物粘度的影響.煤礦爆破,2001,1:1-3.

[2]李德亮,李明玉,曹風(fēng)芝,于麗,王亞敏.羥乙基田菁膠處理造紙廢水的應(yīng)用研究.工業(yè)水處理,1997,17(6):26-27.

[3]崔元臣＊,王新海,李德亮,李明玉,周大鵬.季銨型陽(yáng)離子田菁膠的制備及絮凝作用.應(yīng)用化學(xué),2004,21(7):717-721.

[4]王新海,崔元臣＊,李德亮,周大鵬.兩性田菁膠在處理生活污水中的助凝作用.化學(xué)研究,2003,14(1):32-34.

[5]李睿.天然半乳甘露聚糖類高分子基二硫代氨基甲酸鹽的合成.大慶師范學(xué)院學(xué)報(bào),2013,33(3):72-74.