改性木質素磺酸鹽處理工業廢水研究范文

本站小編為你精心準備了改性木質素磺酸鹽處理工業廢水研究參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

木質素磺酸鹽是從堿法制漿廢水中提取出來的具有苯丙烷結構的三維網狀高分子化合物，是造紙工業的主要副產物，由于其結構比較復雜，衍生物種類繁多，過去很長一段時間被當做造紙污染物處理，這部分資源沒有得到合理的利用。隨著研究的不斷深入發現木質素磺酸鹽本身就是一種親水性的陰離子表面活性劑，加之其分子結構上的羥基、羧基、羰基、醇羥基、甲氧基、酮基等多種活性官能團，因此具有一定的分散、螯合、吸附及絮凝性能，作為水處理劑具有一定的理論依據，同時這些官能團也為木質素磺酸鹽的改性提供了可能。常見的木質素磺酸鹽包括木質素磺酸鈉、木質素磺酸鈣和木質素磺酸鎂。木質素磺酸鹽屬可再生資源，改性后的木質素磺酸鹽中的官能團增多，分子量增大，絮凝、吸附及螯合能力進一步增強，工業廢水處理效果得到很大的提升。以改性木質素磺酸鹽處理工業廢水能達到以廢治廢的目的，降低了工業廢水的處理成本，目前改性木質素磺酸鹽在電鍍、印染、造紙及制藥廢水處理中效果甚好，因此開發改性木質素磺酸鹽水處理劑具有一定的現實意義。

1工業廢水處理機理研究

改性木質素磺酸鹽中多個基團上的氧原子的未共用電子對能與金屬離子形成配位鍵，產生螯合作用，生成木質素的金屬螯合物，再利用其他物理化學方法將其沉淀就能將水體中的重金屬清除，同時還具有一定的吸附、脫色等作用。改性木質素磺酸鹽用作水處理劑通過吸附、絮凝、緩蝕、阻垢等多重作用來達到工業廢水處理效果，改性后的木質素磺酸鹽表面的陰離子增多，疏松結構表面使吸附和絮凝效果進一步增強，再加上其本身良好的緩蝕及阻垢性能作為水處理劑得到了研究者多方位的證實。化學改性中的酚化、羥甲基化、氧化、環氧化、酚醛化、脲醛花、聚酯化等功能性改性均能提高木質素磺酸鹽的吸附能力。木質素磺酸鹽的絮凝效果的提高主要通過交聯及縮合反應引進的具有絮凝性能的官能團來實現，交聯反應是用柔軟的鏈段將多個木質素磺酸鹽分子連接起來形成大分子，木質素磺酸鹽的活性吸附點增多；同時還可通過羥甲基化、氧化、縮合、縮聚等反應來改變木質素磺酸鹽的分子構型，增大分子量來提高絮凝效果。接枝共聚是改性木質素磺酸鹽研究最多的改性方法，在引發劑的作用下木質素磺酸鹽骨架上會產生活性反應點，將具有絮凝及吸附性能的官能團在活性中心的作用下引發聚合形成支鏈，也可以通過輻射來提高接枝效率，接枝到的活性官能團越多，絮凝及吸附性能就越好。納米改性木質素磺酸鹽是近年來改性木質素磺酸鹽的又一新的研究領域，此方面的報道不多。

2工業廢水處理效果研究

改性木質素磺酸鹽具有良好的吸附、絮凝和螯合作用，作為水處理劑可有效除去廢水中的金屬離子、懸浮物及有色物質，而且資源豐富，處理效果較好，在工業廢水處理中具有很大優勢。

2.1處理造紙廢水造紙廢水主要分為蒸煮廢水、中段廢水及造紙白水，蒸煮廢水中有大量的有機物，廢液色度深、COD高、懸浮物多并伴有硫醇類惡臭氣味；漂白、篩選和凈化產生的中段廢水中污染物成分復雜，含有纖維素、半纖維素溶解物及添加的各種填料和膠料，屬難生化降解廢水，排放量大，同時還有很多有毒的有機氯化物，是造紙工業的主要污染源，處理難度高，常規方法處理難以達到排放標準；造紙白水的成分主要為細小纖維、填料、膠料及有一些造紙添加劑，相對來說污染較小，但是排放量也比較大，因此也不容忽視。劉千鈞[5]從有效地綜合利用木質素這一天然可再生廢棄資源的角度出發，對木質素磺酸鹽與丙烯酞胺的接枝共聚反應進行了研究，并通過對木質素磺酸鈣丙烯酞胺共聚物的曼尼希反應制備兩性木質素絮凝劑LSDC，其能提高造紙混合污泥沉降速度、降低污泥含水率和污泥過濾比阻，效果優于對比樣CPAM。將LSDC應用于廢紙脫墨廢水的處理試驗表明：LSDC對溶液COD的去除率低于60%，但在降低廢水濁度方面有較好的效果。木質素磺酸鹽的復合改性是提高分子量，增加活性基團的有效方法之一，用于造紙廢水處理時，更多的活性吸附點將會強化吸附及絮凝效果。Area[6]等利用亞硫酸制漿廢液中的木質素磺酸鹽，采用2種季銨型陽離子單體，2種接枝共聚方法，得到陽離子型木質素，并將其用于紙漿污泥和污水的處理，效果較好。喬瑞平[7]等選用聚合氯化鋁(PAC)和木質素改性脫色絮凝劑(LDH)對制漿造紙廢水進行了深度脫色處理研究。實驗結果表明，單獨使用LDH或PAC處理該廢水時，廢水色度和CODcr的脫除效果不理想。當PAC和LDH的投加質量濃度分別為400mg/L和5mg/L時，處理后廢水色度和CODcr分別為33.3倍和84.88mg/L，滿足國家造紙工業水污染物排放標準。LDH具有良好的絮凝脫色和脫CODcr的能力，而且生產成本較低。復配使用PAC和LDH不僅能降低投藥量、還能提高處理效果，應用于制漿造紙工業廢水深度處理的前景良好。

2.2處理電鍍廢水電鍍工業是污染較嚴重的產業之一，廢水排放量大，電鍍過程產生的廢水中往往含有多種重金屬離子和氰化物，有些屬致癌、致畸、致突變的劇毒物質，如果不加處理就直接排放將會嚴重污染水體。重金屬離子最終經過食物鏈在人體內積累，造成的環境污染及生命安全問題都不容小覷。電鍍廢水中的重金屬離子一般主要通過絮凝將其除去，因此尋找高效綠色的絮凝劑迫在眉睫。丙烯酰胺接枝共聚在木質素磺酸鹽中引入-CONH2，使得木質素磺酸鹽的分子量增大從而增加了絮凝劑的活性吸附點，絮凝性能得到提升。用此改性木質素磺酸鹽處理電鍍廢水，當其用量為90mg/L，pH值控制在4～7，絮凝2h，在室溫的條件下，可使電鍍廢水中的Cu2+、Zn2+、Pb2+和Ni2+去除率分別達到93%、90%、96%和90%以上。電鍍廢水中的Cd2+在pH=7，改性木質素磺酸鹽用量80mg/L，絮凝60min，室溫條件下的去除率達到99%以上。范娟等以木質素磺酸鈣為原料，利用反相懸浮聚合技術制備的球狀木質素基離子交換樹脂對低濃度的Cr3+表現出良好的吸附性能，研究發現升高溫度還能提高前期吸附速率，為改性木質素磺酸鹽在電鍍廢水處理提供了參考。以木質素磺酸鈉和尿素為原料，釆用甲醛作交聯劑，進行氧化預處理然后再進行胺化改性合成改性的木質素磺酸鈉對銅、鉛的吸附過程的效果最好。吸附屬于多孔固體物質單分子層慢吸附過程。木質素磺酸鈉與甲醛反相懸浮縮聚反應，以液體石蠟為分散相，添加少量的非離子型表面活性劑為分散劑，制備的木質素基吸附材料的外表呈凹凸不平狀，具有疏松多孔的結構特征，含有較多的活性基團包括羥基、磺酸基、甲氧基和少量的羰基，有利于金屬離子吸附。對Pb2+和Cd2+的吸附速度快，室溫下1h基本達到吸附平衡；溫度升高，達到平衡吸附的時間越短；增加Pb2+、Cd2+溶液的初始濃度，木質素吸附材料的平衡吸附量會增大；吸附等溫線符合Langmuir吸附方程，對鉛的吸附飽和度和吸附能力大于對鎘的吸附。對木質素磺酸鈉進行超聲和攪拌處理，并加入一定量丙稀酰胺、三聚磷酸鈉，可制成納米木質素磺酸鈉吸附劑，其分布均勻且性質穩定，表面具有凸凹不平、疏松、規則的球形的結構，有利于重金屬離子的吸附。對Cu2+、Cr6+、Pb2+的吸附率均大于98%，在同等條件下，納米木質素磺酸鈉制劑比木質素磺酸鈉原劑具有更大的吸附量和吸附率，作為重金屬吸附劑在水處理中具有很好的發展前景。

2.3處理印染廢水印染是紡織工業廢水產生的主要工段，印染廢水排放總量占到了紡織行業廢水排放總量的80%左右。印染廢水包含了各種類型的助劑、染料、整理劑等，抗光解、抗氧化和抗生物降解的染料的應用使得印染廢水處理難度進一步增大，廢水的COD高，水質復雜，使得印染廢水處理成本急劇增加[15]。改性木質素磺酸鹽用于印染廢水處理主要通過脫色及COD的變化來評價印染廢水處理效果。王自軍[16]先將從造紙黑液中提取的木質素進行磺化，與丙烯酰胺接枝共聚得到木質素磺酸鈉，再與甲醛、多胺作用，進行羥甲基化和胺甲基化反應后制得有機高分子絮凝劑。處理印染廢水效果較好且不會對模擬染料廢液造成二次污染。Donald的專利中用堿處理木質素來增加酚基，再胺烷化增加鏈長，然后用雙酷試劑交聯，最后得到陽離子表面活性劑，用其處理染料廢水獲得了良好的效果。以木素磺酸鈉為表面活性劑和結構導向劑通過水熱法合成的納米ZnO光催化劑對亞甲基藍、偶氮染料剛果紅和鉻藍黑R表現出較強的光催化活性。以木素磺酸鈣(LS)為表面活性劑通過液相沉淀法合成的納米ZnO光催化劑高溫煅燒后對甲基橙顯示了優良的光催化活性，60min的降解率達到98％以上。研究表明木質素接枝丙烯酸對活性染料苯胺有較強的吸附能力，通過調節吸附環境的pH值，堿木質素接枝丙烯酸對苯胺可實現吸附和脫附反應，可多次循環使用。Liu等以木質素磺酸鈣為原料制備了兩性木素絮凝劑LSDC，并將其用于活性艷藍X-BR、活性黃X-R、活性紫K-3R、活性黑K-BR等多種模擬印染的廢水的脫色處理。實驗結果表明，LSDC對各種染料的脫色率在投加量在0~150mg/L范圍內脫色率隨投加量的增大而增大，不會造成二次污染。同時投加量增加會引起廢水CODcr的提高，投加量應該適當控制，不同種類的染料的脫色效果不同，但脫色率均在82%以上。蔣玲以造紙污泥中提取的木質素為原料，合成了木素基陽離子絮凝劑，產物對幾種模擬染料廢水具有良好的脫色性能，其絮凝過程為靜電中和及吸附橋連的雙重作用。經磺化制得木質素磺酸鹽，再與用三乙胺和環氧氯丙烷反應制得的季銨鹽單體接枝共聚合成出兩性木質素絮凝劑對多種染料都具有良好的脫色效果，脫色率均達82%以上。冷棉桃以堿法造紙過程中產生的污泥為原料，利用其中的木質素與亞硫酸鈉和3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨(CHPT-MA)反應，制備出同時含有磺酸基和季銨基的兩性絮凝劑，用其處理高濃度印染廢水CODcr去除率最高可達72％。

2.4處理制藥廢水制藥廢水相對于其他工業廢水而言因為原料成分復雜、生產過程多樣、產品種類繁多等特點降解性差，因此水質變化也比較大。藥廢水成分復雜，有機物含量高、分子質量大、水中的有毒物質和抗生素類對生化處理的菌種有很強的抑制作用，因此絮凝法成為制藥廢水處理的最佳選擇，但是單獨絮凝處理并不能達到國家規定的廢水排放標準，今后要從高效絮凝劑和其他水處理技術聯用來強化制藥廢水處理效果[24]。李愛陽等制備的改性木質素磺酸鹽處理100mL含有機物的制藥廢水2h，可使有機物廢水的渾濁度、CODcr和UV254的去除率分別達97.4%，74.3%和61.4%以上。改性有機高分子絮凝劑處理有機物廢水的效果遠高于傳統的絮凝處理方法，且處理費用較低，具有很好的推廣應用前景。劉明華利用有機/無機復合型改性木質素絮凝劑MLF，處理抗生素類化學制藥廢水，并進行了絮凝條件的優選實驗。結果表明，當抗生素制藥廢水的pH值為6.0，絮凝劑的用量為120mg/L時，廢水中CODcr、SS和色度的去除率分別達到61.2%、96.7%和91.6%。不同類型絮凝劑的對比實驗結果表明，MLF處理抗生素類化學制藥廢水的用量少，絮凝性能明顯優于聚丙烯酰胺(PAM)、聚合硫酸鐵(PFS)、硫酸鋁鉀(PAS)和硫酸亞鐵(FS)等絮凝劑。

3結語

改性木質素磺酸鹽在造紙、電鍍、印染、制藥廢水中均有應用，在電鍍及印染廢水處理中的研究最多，效果較好，除此之外在釀造及生活垃圾廢水處理中的應用也有報道。改性木質素磺酸鹽用于工業廢水處理成本低廉，且不會產生二次污染，是較理想的水處理劑，但是目前還停留在實驗室研究階段，主要因為工業廢水的水質一般都比較復雜，目前的研究并未考慮水中其他因素對處理效果的綜合影響。因此，今后在研究過程中注重加強水質分析，并聯用多種水處理技術，以最大程度的發揮改性木質素磺酸鹽的處理效果。同時要加強動態工業廢水處理效果的研究及廢水處理機理研究，以期改性木質素磺酸鹽早日全面應用于工業廢水處理中。

作者：曹婉鑫 陳洋 唐瑤 李普慶 單位：陜西理工學院化學與環境科學學院