基于交联魔芋的新型絮凝剂-黄原酸钠的合成及去除Cu2 的应用外文翻译资料

 2022-03-24 22:54:10

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基于交联魔芋的新型絮凝剂-黄原酸钠的合成及去除Cu2 的应用

摘 要

在水溶液中使用环氧氯丙烷(ECH）作为交联剂、硝酸铈铵(CAN)作为引发剂，通过交联剂魔芋葡甘聚糖，丙烯酰胺(AM)和黄原酸钠的共聚反应合成基于魔芋接枝-共-黄原酸钠的新型官能化聚合物絮凝剂。这种絮凝剂的最佳合成条件如下：在35℃下，GM=3g，[ECH]=4.9times;10-3mol/L，[CAN]=4.0times;10-3mol/L作用2h；在2.5h、45℃合成条件下，KGM和AM的重量比为1:3；在2h、30℃合成条件下，[NaOH]=0.1mol/L，[CS2]=59times;10-3mol/L。通过FTIR，DSC和元素分析表征共聚物。絮凝试验表明，在一定程度上，阳离子，pH值和浊度有利于除去Cu2 ，但是过多的剂量会导致实验现象不明显，并且一些阴离子对Cu2 的去除表现出负面影响。在Cu2 离子和浊度之间存在着一种相互合作的去除性能。

1.引言

近几十年来，絮凝剂已被广泛用于生活污水，工业废水和矿泉水的处理。由于低剂量，易于处理，对pH变化的耐受性，能够形成大的粘性絮凝剂以及多用途裁剪能力等优点，因此基于天然多糖的絮凝剂往往比其无机物更有效。众所周知，聚丙烯酰胺也是一种非常有效的絮凝剂，具有生物降解和化学降解的多功能性质。然而，作为有机絮凝剂，聚丙烯酰胺的主要缺点是缺乏自我降解的特性，会对环境造成“二次污染”。此外，其剪切稳定性比较差。相反，多糖剪切稳定，但是絮凝剂较差。因此，在两者之间进行协调是不可避免的。通过将PAM接枝到一些多糖上如瓜尔胶，藻酸钠，羧甲基纤维素，淀粉酶，葡聚糖和糖原等，从而进行协调。Khalil和Abdel-Halim总结了改性淀粉具有螯合水溶液中的重金属离子和去除悬浮颗粒的双重功能。

魔芋葡甘露聚糖（KGM）是从苍耳草植物的块茎中提取的水溶性非离子多糖。它由摩尔比为1.6:1的1,4-beta;-D-吡喃甘露糖单元和beta;-D-吡喃葡萄糖单元组成，在侧链C处具有低度乙酰基基团（每17个残基约1个乙酰基）。此外，KGM是可再生的和可生物降解的天然多糖，其中存在大量的亲水基团-OH。这些基团的亲水性使KGM成为超吸收性的原料（Li,Liu，＆Wang，2005）。

许多研究人员报道了改良的KGM。共聚的普及大大降低了工业成本并且提高了天然多糖的功能特性。在淀粉和其它多糖的基础上开发可降解的絮凝剂从而尝试去除重金属离子如Cu2 ，Cr3 和Hg2 ，但是基于具有双重功能的KGM合成尚未有报道。

在这项研究中，通过引入PAM接枝链和具有强配体的黄原酸来合成基于交联的魔芋葡甘聚糖-接枝-丙烯酰胺-共-黄原酸钠的新型絮凝剂。其通过交联KGM，使用表氯醇（ECH）作为交联剂，然后再通过硝酸铈铵（CAN）作为交联剂将聚丙烯酰胺链接枝到交联的KGM上来制备引发剂。然后，用NaOH活化的半成品，通过与二硫化碳反应进行黄原酸化。最后获得的产品不仅可以去除重金属离子，而且可以减少水中引起浊度的物质组分。

2.实验

2.1材料

魔芋是由中国湖北恩施魔芋工厂提供。丙烯酰胺（AM，化学纯）由中国上海市国药集团化学试剂有限公司提供，硝酸铈铵由天津化学试剂有限公司提供。表氯醇和二硫化碳来自武汉有机化学试剂厂。制备高岭土（2％）和1000mg/LCuCl2溶液作为储备溶液。其用蒸馏水制备实验中的所有溶液。

2.2制备交联的KGM-接枝-聚（丙烯酰胺）-黄原酸钠

通过以下流程制备具有不同量的魔芋粉，一定量的交联剂、引发剂，硝酸铈铵和丙烯酰胺的一系列试剂：将一定量的魔芋粉和蒸馏水放入500mL三颈烧瓶中，该烧瓶配备有搅拌器，冷凝器和氮气管线，然后充分混合。将浆液加热至35℃，在水浴中保持温度不变。缓慢搅拌下滴加环氧氯丙烷。该交联过程在35℃下反应2h。然后将，通入氦气，将浆料加热至45℃并持续30min。将一定量的CAN（由1mol/L硝酸溶解）加入烧瓶中。反应继续搅拌15min，然后加入一定量的AM溶液。接枝聚合过程在45℃保持2.5h。然后，将浆液快速冷却至30℃，同时停止氮气的通入。将一定量的NaOH溶液和CS2缓慢加入浆料中用于黄原酸化。该黄化反应在30℃下反应2h，直至其颜色变为藏红花黄色。然后完成整个反应。最后将产物冷却至室温，依次用无水乙醇洗涤，然后在60℃的真空烘箱中干燥至恒重。将干燥的产物研磨，过筛，所用样品的粒度在40-80目的范围内。

2.3.絮凝试验

最后，将100mLCuCl2溶液加入到250mL烧杯中，将溶液的浊度调节至所需值。通过搅拌叶片以150rpm的快速搅拌2min，然后在50rpm的低速下搅拌10min。然后，使其静置15min，取上层澄清液体。通过原子吸收光谱仪测量重金属去除率(Hr％)和浊度去除速率(Tr％)，分别计算如下：

Hr％=100(C0-C1)/C0其中C0和C1是初始悬浮液上清液。

Tr％=100eth;T0T1THORN;=T0

其中T0和T1是初始悬浮液的浊度。

2.4.表征

2.4.1 FTIR分析

样品的FTIR光谱记录范围在400-4000cm-1之间，使用具有Nicolet（USA）Nexus470的KBr颗粒FTIR光谱仪用于研究分子间相互作用。光谱是在室内的分辨率为4cm-1的信号温度。

2.4.2 DSC分析

使用DSC204-F1（NETZSCH，德国）进行DSC在氮氛下加热速率为10℃/min。另外，温度范围为30-400℃。

2.4.3元素分析

VarioMI-CRO元素分析仪分析样品的碳，氢，氮和硫元素。

3 结果与讨论

3.1 TIR光谱

图.1显示KGM和修改的KGM的FTIR光谱。在图1a，3419cm-1和2923cm-1是由于拉伸振动-OH和CAH在KGM中的分布。711cm-1和768cm-1，符合吡喃糖环振动，即特性甘露糖在KGM中的吸收峰。弱吸收峰在1720cm-1处来自少量的乙酰基KGM。如图1b所示，在3414cm-1处的吸收带宽ANH伸缩振动的ANH2组，其特征在1659cm-1和1598cm-1处的吸收对应于C@伸缩振动(ACONH2）。两个强带周围1030和1238cm-1由ACAOACA对称产生非对称伸缩振动。组别：tra在1250-1200cm-1，1140-1110cm-1和1070-1020cm-1的范围内显示，868cm-1可以归因于到黄原酸酯单元，因此FTIR光谱验证了合成反应已成功进行(Soppirnath＆Aminabh-avi，2002)。

3.2 DSC分析

显示样品的详细热性能数据表1所有测试的样品显示两个阶段的分解。第一阶段工艺的温度范围为49-130℃，归因于样品中水分子的释放，其焓与Cu2 离子去除率随机变化。然而随着Cu2 离子的增加，锰的降解去除率规律性下降。它导致的结论是，较高的Cu2 离子，对应于较低焓的溶解速率，能够吸附Cu2 离子到絮凝剂上。

3.3 元素分析

表2显示不同元素含量(C，H，N和S)具有不同的吸附能力。可以看出，H％和N％分别从6.72％和12.31％降至5.64％和3.02％当S％从3.84％增加到8.21％时。Cu2 的去除率离子随着H％的降低从6.72％〜5.73％，N％为12.31％〜4.35％，S％为3.84％〜8.19％，随着进一步减少或增加而下降。H％的降低可能是由于各种反应的替代，包括交联，接枝和黄原酸，这有助于吸附性能。Cu2 离子去除率可能有一些关系与N％和S％的比例。当N％也是高(12.31％)，它引起聚合物的分子量太高和一些接枝链的节段重叠，相反S％太低，没有足够的黄原酸酯基团，两者这不利于吸附。但是当N％过低(3.02％)和S％过高(8.21％)，除去Cu2 离子速率既不表现出最佳效果。这意味着，是两者之间的平衡，这意味着，两者之间的平衡，只有在这个最佳条件下(N：4.35％和S：8.19％)，Cu2 离子去除速率表现出最大值。

3.4 不同阳离子浓度对去除Cu2 离子的影响

不同浓度的NaCl，KCl，CaCl2，MgCl2，AlCl3和在测试溶液中加入相同剂量的絮凝剂，分别。原始Cu2 离子溶液的浓度为50mg/L，并在室温下测试溶液pH值为5.随着Cu2 离子的去除率逐渐增加大部分阳离子的增加，折皱，如图1所示。数字导致观察K ，Ca2 ，Mg2 ，Al3 阳离子可加速Cu2 离子再吸收，莫尔，这种效应随着电的增加更明显电荷数阳离子，但Na 几乎没有影响Cu2 离子去除。解释如下：絮凝剂是阴离子的，在中具有大的负电荷解。除了与Cu2 离子反应的电荷之外，在结果中产生一些负电荷，这可以产生静态排斥力，但它会加速絮凝过程在阳离子的存在下，就电荷层而言通过阳离子之间的中和压缩结果，降低了电位(f)并增加了絮凝过程。此外，阳离子越多电荷数，效果越好表现。因此，Ca2 ，Mg2 和Al3 比Na 和更有效K 对Cu2 离子去除的贡献。但是，效果的Mg2 离子对Cu2 离子的去除更为明显Ca2 ，由于Mg2 中存在更多的电荷数。事实上，辅助Cu2 离子去除如下：Al3 gt;Mg2 gt;Ca2 gt;Na gt;K 。

3.5 阴离子浓度对去除Cu2 离子的影响

不同浓度的NaCl，NaNO3，Na2SO4，Na2-EDTA和在测试溶液中加入相同剂量的絮凝剂，分别。原始浓度的Cu2 离子溶液为50mg/L，并在室温下测试溶液和pH为5。结果显示在图3.实验数据导致Cl-的影响和NO3-对Cu2 离子随着阴离子浓度的增加，moval略有增加，Cu2 离子去除率随着增加而逐渐降低Na2SO4和Na2-EDTA的浓度。类似的现象也被其他几个研究者观察到(Chen，Liu，＆Wang，2007;Kumar＆Verma，2007)，可以解释为如下：

在水溶液中，存在阴离子的竞争与Cu2 离子在溶液中的配位，以及稳定性配位化合物由配位常数决定(Hu＆Huang,2001)，其顺序如下：EDTAgt;SO42-gt;Cl-gt;NO3-。NO3-在这些阴离子中配位常数最低，因此防止絮凝剂和铜离子螯合的能力最弱，这与铜离子的去除率较高相一致。相比之下，EDTA阴离子具有最强的配位常数，因此它减少了与Cu2 离子最多的絮凝剂的螯合作用，使铜离子的去除速率最低。该结果表明，絮凝剂对铜离子的竞争能力高于NO3-，Cl-，但对铜离子SO和EDTA的竞争能力较弱。比NO3-，Cl-，但对铜离子的竞争能力较比SO42-和EDTA低。

3.6 pH对去除Cu

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