沸石负载接枝改性壳聚糖复合净水剂去除污水COD的研究

王超莉，刘 坚，胡炎发，熊丽娟

(江西师范大学化学化工学院，江西南昌330022)

0 引言

近年来无机-有机材料复合型的净水剂得到了迅速发展，它能克服单一型净水剂的许多不足，其应用范围广，对低浓度或高浓度污水有良好的净化效果，能提高有机物的去除率［1-5］.在对污水进行处理中，天然高分子逐渐成为一种新趋势.壳聚糖是自然界第二大天然多糖，分子内部含有羟基、氨基和糖苷键等多种活性官能团，通过接枝引入不同功能基团，进行进一步的化学修饰，在污水处理中有着独特的功效和作用，由于它可生物降解，无二次污染，是一种新型的绿色生物材料［6］.沸石作为一种成本低廉的吸附材料，比表面积大，具有吸附、离子交换、密度小等特点，是一种有发展前途的水处理材料.利用沸石作载体，负载接枝改性壳聚糖，可澄清水质，从而减少环境污染［7-14］.本文研究了沸石、盐酸改性沸石、聚合氯化铝(PAC)改性后的沸石、沸石负载接枝改性壳聚糖复合净水剂去除生活污水中COD(Chemical Oxygen Demand)对比试验，将无机-有机复合净水剂与单一型的净水剂处理污水效果进行对比，对COD的去除提供了一条新的思路.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

仪器:721分光光度计，78-2型磁力搅拌机，JJ-4A搅拌机，恒温水浴池，真空干燥箱，COD-751-1型消解装置，pH计;

试剂:沸石(河南巩义，斜发沸石)、壳聚糖(CTS，化学纯)、聚合氯化铝(PAC，污水处理厂)、冰乙酸、邻苯二甲酸氢钾、盐酸、碳酸钠、氢氧化钠、重铬酸钾、硫酸银、浓硫酸、硫酸汞，均为分析纯.

水样:取自排污井的生活污水，COD为400mg·L-1，pH 值为 7.56.

1.2 净水实验及检测方法

1.2.1 净水实验比较 分别取1000mL生活污水，投加0.2 g的不同的净水剂，用搅拌机快搅(120 r·min-1)1 h，再慢搅(50 r·min-1)30min，然后静置30min，用注射器(吸口直径3mm)吸取距液面2cm处的上清液，待测.

1.2.2 测定方法 采用快速消解分光光度法检测水体COD，其去除率的计算公式为

其中A0表示原水的吸光度;A表示处理后的水的吸光度.

1.2.3 COD标准曲线的绘制 用邻苯二甲酸氢钾配成标准COD系列，采用恒温170℃密闭消解法在610 nm波长处进行分光光度测定.以测得的吸光度为横坐标，对应的COD值为纵坐标绘制标准曲线，结果见图1.

图1 COD与吸光度的关系曲线

1.3 复合净水剂的SEM表征

使用扫描电镜观察沸石负载接枝改性壳聚糖复合净水剂表面形貌结构，见图2.

图2 复合净水剂的SEM图

2 结果与讨论

2.1 复合净水剂电镜扫描(SEM)分析

由图2可知，壳聚糖高分子接枝物与PAC复合后负载在沸石上，已将沸石包裹了，形成了不规则的网状结构，大大增加了其表面积，对污水处理效果更好.包裹后的产品性质比较稳定.

2.2 不同净水剂处理污水COD值效果比较

不同净水剂处理污水对比实验:将粒度为1.0～1.5mm的天然沸石1#、用酸处理的改性沸石2#、聚合氯化铝(PAC)改性后的沸石3#以及沸石负载接枝改性壳聚糖复合净水剂4#各0.2 g分别对1 L污水进行处理，室温搅拌2 h后，测出水COD值，去除的效果见表1.

表1 不同净水剂处理污水中COD的效果比较

1#:不经任何处理的沸石;2#:采用酸处理的改性沸石;处理方法是将沸石用10%HCl浸泡，90℃下活化6 h，再用Na2CO3溶液中和至pH值为6～7，洗涤、干燥、焙烧;3#:采用聚合氯化铝(PAC)改性后的沸石;处理方法是将沸石用PAC溶液浸泡6 h后用NaOH调至微碱性，洗涤、干燥、焙烧3 h;4#:沸石负载接枝改性壳聚糖无机-有机复合净水剂.

从表2可以看出，用不同的净水剂对COD的去除效果不同.不经任何处理的天然沸石对COD去除率比较低，采用聚合氯化铝(PAC)改性后的沸石比采用酸浸泡处理沸石对COD去除效果更强，说明沸石吸附Al3+焙烧后，能更好地降低污水中的COD值.而用沸石负载接枝改性壳聚糖无机-有机复合净水剂由于表面(及内部孔隙)吸附作用和离子交换作用，从而使COD的去除效果明显提高，去除率可达81%，由此可见，采用酸处理的沸石和用聚合氯化铝改性沸石对降低COD具有一定的效果，而采用沸石负载接枝改性壳聚糖复合净水剂处理污水中的COD对提高水处理效果非常有效.

3 结论

SEM表明沸石负载接枝改性壳聚糖的网状结构明显改善，从而使其产物表面积增大，提高了其吸附性能、架桥能力，能够有效地去除生活污水中的COD，且去除效率较高.通过对沸石、酸改性沸石、聚合氯化铝(PAC)改性后的沸石、沸石负载接枝改性壳聚糖无机-有机复合净水剂去除COD对比试验，与其他的改性沸石净水剂比较，沸石负载接枝改性壳聚糖复合净水剂去除生活污水COD效果显著，对于COD浓度为400mg·L-1的污水，在室温条件下，经2 h搅拌接触，COD浓度可降至78mg·L-1，去除率高于81%.

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