（环境工程专业论文）胺类阳离子捕收剂的光催化降解与机理研究.pdf

独创性声明 瓣 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：塑日期：丝也! ! ：墨垒 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时 授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论 文，并向社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：垃导师签名客窆星焦日 摘要 本文以四种非金属矿物为原料，制备了一种负载t i 0 2 的多孔轻质载体。制 备工艺为：硅藻土4 5 、轻质碳酸钙5 、石墨1 0 、膨润土3 0 、粘结剂羧 甲基纤维素钠1 0 ，经造粒、烘干、8 0 0 c 焙烧，制备的多孔轻质载体在水介质 中搅拌2 h 后散失率为0 9 8 、漂浮时间为4 6 h 。 将溶胶凝胶法制备的t i 0 2 溶胶均匀负载在多孔轻质载体表面上。通过s e m 分析表明，载体表面键合着纳米钛晶体膜。在一定温度下，随着焙烧键合过程 的发生，载体中有机物逐步挥发，因而表面留下了大小不规则的孔洞并形成纳 米t i 0 2 晶体表面膜。在光催化降解过程中，这些孔洞的存在有利于环境中的反 应物被吸附到纳米钛复合光催化剂表面而降解。 对复合光催化剂的等电点进行了酸碱滴定分析，结果表明，在酸性条件下， 复合光催化剂表面带正电荷，此时溶液中阴离子型有机化合物更容易被吸附到 催化剂表面而降解：在碱性条件下，复合光催化剂表面带负电荷，溶液中阳离 子型有机化合物更容易被吸附到催化剂表面而降解。 以四种胺类阳离子捕收剂废水溶液为降解对象，研究了初始浓度、p h 值、 t i 0 2 负载量、光催化反应时间、不同光源以及复合光催化剂的循环使用次数对 光催化降解率的影响，并初步探讨分析了四种胺类阳离子捕收剂反应动力学模 型及降解机理。结果表明： 1 绘制了四种胺类阳离子捕收剂标准曲线，为定性定量描述光催化降解胺 类阳离子捕收剂制定了评判标准。 2 在模拟废水起始浓度为3 0 m g l 的条件下，紫外光下光催化反应3 h ，十 二胺、癸烷基丙基醚胺、烷基季铵盐、n 十二烷基1 ，3 丙撑二胺的降解率分别 达到9 9 6 7 、9 0 9 8 、8 1 3 3 、9 6 8 ，降解率大小依次为十二胺 n 一十二烷 基1 3 丙撑二胺 癸烷基丙基醚胺 烷基季铵盐。 3 复合光催化剂在可见光与紫外光下均能有效降解胺类阳离子捕收剂选矿 废水。紫外光下降解效果优于可见光，可见光下光催化降解3 h ，十二胺、癸烷 基丙基醚胺、烷基季铵盐的降解率分别达到9 4 4 3 、7 3 5 3 、7 4 6 7 。 4 胺类阳离子捕收剂废水溶液在碱性条件下更加有利于降解。在紫外光下 光催化降解3 0 m i n ，十二胺由p h = 3 时的降解率6 3 4 7 到p h = 5 时的7 1 1 ，随 着p h 值的升高，降解率不断提高，在p h = li 时，降解率达到9 6 3 3 ；癸烷基 丙基醚胺、烷基季铵盐、n 十二烷基1 ，3 丙撑二胺在p h = 3 时的降解率分别为 6 6 8 2 、2 1 3 3 * , 、6 1 3 7 ，随着p h 值的升高，降解率不断提高，在p h = 1 1 时 的降解率分别为8 0 3 6 、4 6 5 3 、8 5 9 3 ，结果表明在碱性条件下阳离子捕收 剂废水溶液更有利于降解。 5 胺类阳离子捕收剂溶液经过光催化反应能有效的去除总有机碳。紫外光 光催化反应3 h 时，十二胺、癸烷基丙基醚胺、烷基季铵盐、n 一十二烷基- l ，3 一 丙撑二胺的总碳脱除率分别达到了9 2 7 7 、8 5 4 4 、7 8 1 9 、8 8 7 3 ，总碳脱 除率大小依次为：十二胺 n 十二烷基1 ，3 丙撑二胺 癸烷基丙基醚胺 烷基 季铵盐，四种胺类阳离子捕收剂的总碳脱除率与降解率大小顺序一致，胺类阳 离子捕收剂溶液经过光催化反应有效的去除了总碳的含量。 6 复合光催化剂循环使用十次后，对十二胺的降解率为9 7 4 9 。 7 初步探讨了四种胺类阳离子捕收剂的l h 反应动力学模型，结果表明十 二胺与癸烷基丙基醚胺的线性拟合程度低于烷基季铵盐与n 十二烷基1 ，3 丙撑 二胺。十二胺与癸烷基丙基醚胺的反应动力学曲线属于假一级反应动力学方程， 而烷基季铵盐与n 十二烷基1 ，3 丙撑二胺符合一级反应动力学方程。 8 n 0 2 在紫外光下产生非常活泼的羟基自由基( o h ) 与超氧离子自由基 ( 0 2 ) ，这些氧化性很强的活泼自由基，将胺类阳离子捕收剂结构中c c 键断 裂。随着光催化时间及光强度增加，长碳链结构继续断裂成短碳链分子基团， 短碳链结构中c c 、c - n 、c h 、n h 键进一步断裂氧化，矿化生成c 0 2 与h 2 0 等小分子无害物质。 关键词：多孔轻质载体，复合光催化剂，等电点，光催化，降解，胺类捕收剂 h a b s t r a c t a st h er a wm a t e r i a l sw i t hf o u rk i n d so fn o n - m e t a l l i c m i n e r a l s ，p o r o u s l i g h t w e i g h tm a t e r i a l sw e r es t u d i e da n dm a d ef o rl o a d i n gt i 0 2 b yas i n g l ef a c t o r e x p e r i m e n t ，t h eb e s tm a n u f a c t u r e dt e c h n o l o g yi sd e t e r m i n e d ：4 5 o fd i a t o m i t e ，5 o fl i g h tc a l c i u mc a r b o n a t e ，10 o fg r a p h i t e ，3 0 o fb e n t o n i t e ，10 0 ao fb i n d e r ( c m c ) ，w h i c ha r eg r a n u l a t e da tr o o mt e m p e r a t u r e ，t h e nd r i e da tl o wt e m p e r a t u r e ，a n d f i n a l l y r o a s t e dt of o r m i n ga t8 0 0 。c t h e p o r o u sl i g h t w e i g h tm a t e r i a l st h a t a r e m a n u f a c t u r e di nt h eb e s tf a c t o r sa r es t i r e di nt h ew a t e ra tt w oh o u r s ，t h ed i s s i p a t e d r a t ei s0 9 8 a n dt h ef l o a t i n gt i m ei s4 6 h n 0 2i sl o a d e do nt h ep o r o u sl i g h t w e i g h tm a t e r i a l sb ys o l - g e lm e t h o d ，a n d s u p e r f i c i a lc h a r a c t e r i s t i cw a - qc h a r a c t e r i z e db ys e m 1 1 圮s u r f a c eo ft h es u p p o r t e ri s c o v e r e db yt h ec r y s t a lf i l mo fn a n o t i t a n i u m ，s i n c et h ep r e c u r s o ri nt h ed r i e ds o l g e l o ft i 0 2a n dt h em o s to ft h eo r g a n i cm a t t e ri sb u r n e do u t , t h e r ea r cm a n yd i f f e r e n t u n r e g u l e dh o l e si nt h es u r f a c eo ft h ec o m p o s i t ep h o t o c a t a l y s t ，t h ed i a m e t e ro ft h e h o l e sa r eb e t w e e ns e v e r a ld o z e n sn a n o m e t e ra n ds e v e r a lh u n d r e dn a n o m e t e r i nt h e p r o c e s so ft h ep h o t o c a t a l y s i sd e g r a d a t i o n ，t h ee x i s t e n c eo ft h e s ea b s o r b a b i l i t yh o l e s a r ei nf a v o ro fa b s o r b i n gr e a c t a n tt ot h es u r f a c eo ft h ec o m p o s i t ep h o t o c a t a l y s ta n d d e g r a d a t i o n 1 f 1 埭i s o e l e c t r i cp o i n to ft h ec o m p o s i t ep h o t o c a t a l y s ti st i t r a t e da n da n a l y s e di n a c i da n da l k a l iw a t e r t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h es u r f a c eo ft h ec o m p o s i t e p h o t o c a t a l y s th a v ep o s i t i v ec h a r g ei nt h ea c i dw a t e r ，w h i l en e g a t i v ec h a r g ei nt h e a l k a l iw a t e r w i t ht h e d e g r a d a t i o no ff o u r k i n d so ff l o t a t i o n c o l l e c t o r ，t h e r a t eo f p h o t o c a t a l y s i sd e g r a d a t i o nw e r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i la n dt h ee f f e c tf a c t o r sa r e i n i t i a lc o n c e n t r a t i o no f w a s t e w a t e r , i n i t i a lp h ，t h ec h a r g ec a p a c i t yo ft i 0 2 ， p h o t o c a t a l y s i sr e a c t i o nt i m e ，d i f f e r e n tl i g h ts o u r c e s ，t h er e u s e dt i m e s t h er e s u l t s s h o w e dt h a t ： 1 s t a n d a r dc u r v e so ff o u rk i n d so fa m i n ep o s i t i v ei o nc o l l e c t o rw a sd r a w n u p ，a n dt h e yp r o v i d ec r i t e r i a sf o rd e s c r i b i n gt h ed e g r a d a t i o no fa m i n ep o s i t i v ei o n c o l l e c t o r i i l 2 a st h ec o n c e n t r a t i o no f3 0 m g lt ob ep h o t o c a t a l y s e df o r3h o u r s ，t h er a t eo f p h o t o c a t a l y s i sd e g r a d a t i o n o fl a u r y l a m i n e ，d e c y l p r o p y l e t h e r a m i n e ，a l k y l q u a t e r n a r ya m m o n i u ms a l t s ，n d o d e c y l p r o p a n e - l ，3 d i a m i n e ，r e s p e c t i v e l y a t t a i n e d 9 9 6 7 ，9 0 9 8 ，8 1 3 3 ，9 6 8 t h er a t eo fd e g r a d a t i o nb yt u r n sa r e l a u r y l a m i n e n d o d e c y l p r o p a n e l ，3 - d i a m i n e d e c y lp r o p y l e t h e ra m i n e a l k y lq u a t e r n a r y a m m o n i u ms a l t s 3 w i t ht h ev i s i b l el i g h to rt h eu l t r a v i o l e tr a y , t h ea m i n ep o s i t i v ei o nc o l l e c t o r w a s t e w a t e ri s h i g h l ye f f e c t i v ed e g r a d a t e db yt h ec o m p o s i t ep h o t o c a t a l y s t t h e d e g r a d a t i o n i n t h eu l t r a v i o l e tr a yi sb e t t e rt h a ni nt h ev i s i b l e l i g h t a st h e c o n c e n t r a t i o no f3 0m g la n dt h ev i s i b l el i g h tt ob ep h o t o c a t a l y s e df o r3h o u r s ，t h e r a t eo fp h o t o c a t a l y s i sd e g r a d a t i o no fl a u r y l a m i n e ，d e c y lp r o p y le t h e ra m i n e ，a l k y l q u a t e r n a r ya m m o n i u ms a l t s ，r e s p e c t i v e l ya t t a i n e d9 4 4 3 ，7 3 5 3 ，7 4 6 7 4 t h ea m i n ep o s i t i v ei o nc o l l e c t o rw a s t e w a t e ri si nf a v o ro fd e g r a d a t i n gi nt h e a l k a l iw a t e r a st h ec o n c e n t r a t i o no f 3 0m g la n dt h eu l t r a v i o l e tr a yt ob e p h o t o c a t a l y s e d f o r3 0 m i n u t e s ，f r o mp h = 3t op h = 5 ，d e g r a d a t i o n r a t eo f l a u r y l a m i n er i s e df r o m6 3 4 7 t o7 1 1 t h ed e g r a d a t i o nr a t er i s e dw i t ht h er i s eo f p h ，a n dt h ed e g r a d a t i o nr a t eo fl a u r y l a m i n ei s 9 6 3 3 a tp h = 1 1 a tp h = 3 ，t h e d e g r a d a t i o n r a t eo f d e c y lp r o p y l e t h e ra m i n e ，a l k y l q u a t e r n a r ya m m o n i u m s a l t s , n - d o d e c y l p r o p a n e - l ，3 - d i a m i n e ，r e s p e c t i v e l y a t t a i n e d 6 6 8 2 ， 礴 2 1 3 3 ，6 1 3 7 t h ed e g r a d a t i o nr a t er i s e d 晰t l it h er i s eo fp h a tp h = l l ，t h e d e g r a d a t i o nr a t eo fd e c y lp r o p y le t h e ra m i n e ，a l k y lq u a t e r n a r ya m m o n i u ms a l t s ， n - d o d e c y l p r o p a n e l ，3 d i a m i n e ，r e s p e c t i v e l y a t t a i n e d8 0 3 6 ，4 6 5 3 ，8 5 9 3 t h e a m i n ep o s i t i v ei o nc o l l e c t o rw a s t e w a t e ri si nf a v o ro fd e g r a d a t i n gi nt h ea l k a l iw a t e l 5 t o t a lc a r b o no fa m i n ep o s i t i v ei o nc o l l e c t o ri se f f e c t i v e l ye x o r c i s e db y p h o t o c a t a l y s i sr e a c t i o n w i t hu l t r a v i o l e tr a yt ob ep h o t o c a t a l y s e df o rt h r e eh o u r s ，r a t e o ft o t a lc a r b o nr e m o v e df o rl a u r y l a m i n e ，d e c y lp r o p y le t h e ra m i n e ，a l k y lq u a t e r n a r y a m m o n i u ms a l t s ，n d o d e c y l p r o p a n e - l ，3 一d i a m i n e ，r e s p e c t i v e l ya t t a i n e d9 2 7 7 、 8 5 4 4 、7 8 1 9 、8 8 7 3 ，r a t eo ft o t a lc a r b o nr e m o v e db yt u r n sa r e l a u r y l a m i n e n d o d e c y l p r o p a n e l ，3 - d i a m i n e d e c y lp r o p y l e t h e ra m i n e a l k y lq u a t e r n a r y a m m o n i u ms a l t s r a t eo ft o t a lc a r b o nr e m o v e di si na c c o r dw i t ht h er a t eo f d e g r a d a t i o n t o t a lc a r b o no fa m i n ep o s i t i v ei o nc o l l e c t o ri se f f e c t i v e l ye x o r c i s e db y p h o t o c a t a l y s i sr e a c t i o n 6 t h ed e g r a d a t i o nr a t eo fl a u r y l a m i n ei s s t i l l9 7 4 9p e r c e n ta f t e r10t i m e s r e c y c l i n gu s e df o rc o m p o s i t ep h o t o c a t a l y s t s 7 f o u rk i n d so ff l o t a t i o nc o l l e c t o rw e r es t u d i e da n dd i s c u s s e db yt h e l a n g m u i r - h i n s h e l w o o dd y n a m i c se q u a t i o n ，t h e r e s u l t si n d i c a t e dt h a tb o t h l a u r y l a m i n ea n dd e e y lp r o p y le t h e ra m i n e l i n e a rf i t t e dc u r v ee x t e n tl o w e rt h a n a l k y lq u a t e r n a r y a m m o n i u ms a l t sa n d n - d o d e c y l p r o p a n e l ，3 一d i a m i n e b o t h l a u r y l a m i n ea n dd e c y lp r o p y le t h e ra m i n ei si nc o m p l i a n c e 、析t hp s e u d o - f i r s t - o r d e r r e a c t i o n e q u a t i o n , w h i l e b o t h a l k y l q u a t e r n a r y a m m o n i u ms a l t sa n d n - d o d e c y l p r o p a n e l ，3 d i a m i n ei si nc o m p l i a n c e 晰t l lf i r s to r d e rr e a c t i o ne q u a t i o n 8 w i t hu l t r a v i o l e tr a y , t i 0 2g e n e r a t e da c t i v e o ha n d o f , t h e s ef r e er a d i c a l s m a k ec - cb o n do fa m i n ec o l l e c t o rf r a c t u r e ，l o n g c h a i ni sf r a c t u r e d i n t os e v e r a l s h o r tc h a i n s ，c c ，c - n ，c - h n hb o n di ns h o r tc h a i ni sf r a c t u r e d ，a n dt h e ya l e o x i d i z e di n t os u c ha sc 0 2 ，h 2 0 k e w o r d s ：p o r o u sl i g h t w e i g h tm a t e r i a l s ；c o m p o s i t ep h o t o e a t a l y s t ；i s o e l e c t r i cp o i n t ； p h o t o c a t a l y s i s ；d e g r a d a t i o n ；a m i n ec o l l e c t o r v 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第l 章绪论l 1 1 概述l 1 2 浮选药剂简介1 1 2 1 浮选药剂的作用1 1 2 2 浮选药剂的分类2 1 3 胺类阳离子选矿捕收剂2 1 3 1 胺类捕收剂的物理与化学性质3 1 3 2 胺类捕收剂的浮选原理及应用。4 1 4 常用选矿药剂对生态环境的危害及治理4 1 4 1 常用选矿药剂对生态环境的危害4 1 4 2 选矿废水治理5 1 5 光催化剂的常见负载技术与光催化活性的影响因素5 1 5 1 光催化剂的常见负载技术5 1 5 2 常见的催化剂载体。7 1 5 3 光催化活性的影响因素9 1 6 本课题来源及研究内容和意义l l 第2 章实验药剂，仪器设备及研究方法1 3 2 1 实验药剂l3 2 2 实验仪器设备1 3 2 3 实验原料。1 4 2 3 1 硅藻土1 4 2 3 2 轻质碳酸钙15 2 3 3 石墨15 2 3 4 膨润土16 2 4 主要表征测试方法。1 7 2 4 1x 射线衍射分析( x r d ) 1 7 2 4 2 扫描电子显微镜分析( s e m ) 18 2 4 3 紫外光谱分析( u l t r av o i l e ts p e c t r o s c o p y ) 18 2 4 4 傅立叶变换红外光谱分析( f t - i r ) 18 2 4 5 总碳总氮测定分析( t o c 厂r n ) 1 9 2 5 胺类阳离子捕收剂浓度的测定及降解率的计算【3 0 1 1 9 2 5 1 胺类阳离子捕收剂标准溶液的配制1 9 2 5 2 金橙2 分光光度法所需中间试剂的配法1 9 2 5 3 胺类阳离子捕收剂标准曲线的绘制2 0 2 5 4 降解液中捕收剂含量的测定2 l 2 5 5 降解率的计算2 2 2 6 光催化降解试验步骤与光催化降解装置2 2 2 6 1 光催化降解试验步骤2 2 2 6 2 光催化降解装置2 2 2 7 胺类阳离子捕收剂的分子结构及水质指标2 3 第3 章轻质多孔载体的制备2 5 3 1 实验原料的预处理2 5 3 2 轻质多孔载体散失率的测定2 5 3 3 轻质多孔载体漂浮时间的测定2 6 3 4 轻质多孔载体制备工艺条件试验2 6 3 4 1 硅藻土与膨润土的混合比例2 6 3 4 2 石墨添加比例2 7 3 4 3 轻质碳酸钙添加比例2 8 3 4 4 粘结剂添加比例2 8 3 5 载体焙烧温度的影响以及高温成型的影响因素2 9 3 5 1 载体焙烧温度的影响2 9 3 5 2 载体高温焙烧成型的影响因素3 0 3 6 本章小结3 l 第4 章复合纳米钛光催化剂的制备、等电点的测定与表征分析3 2 4 1 实验3 2 4 1 1 纳米钛复合光催化剂的制备3 2 4 1 2 复合光催化剂等电点的测定3 2 4 2 复合光催化剂的表征分析3 3 4 2 1t i 0 2 粉术的x r d 与s e m 分析。3 3 4 2 2 载体表面形貌分析3 5 4 2 3 复合光催化剂的表面形貌分析3 6 4 2 4 复合光催化剂循环使用十次后的表面形貌分析3 7 4 3 本章小结3 8 第5 章胺类阳离子捕收剂光催化降解研究3 9 5 1 复合光催化剂焙烧温度对癸烷基丙基醚胺光催化降解的影响3 9 5 2n 0 2 胶体负载次数( 负载量) 的影响4 0 5 3 复合光催化剂材料用量的影响4 2 5 4 可见光与紫外光的影响4 3 5 5 初始浓度的影响4 6 5 6 初始p h 值的影响4 8 5 7 总碳含量的表征分析5 l 5 8 复合光催化剂循环利用研究5 2 5 9 本章小结5 3 第6 章光催化降解胺类阳离子捕收剂的反应动力学及降解机理研究5 5 6 1 光催化降解胺类阳离子捕收剂反应动力学研究= 5 5 6 1 1 原理及方法。5 5 6 1 2 胺类阳离子捕收剂反应动力学模型5 5 6 2 胺类阳离子捕收剂降解的红外光谱分析 4 卯5 7 6 2 1 十二胺光催化降解前后的红外光谱图分析5 7 6 2 2n 十二烷基1 ，3 丙撑二胺光催化降解前后的红外光谱图分析5 8 6 3 胺类阳离子捕收剂光催化降解机理。6 0 6 4 本章小结6 l 第7 章结论6 2 7 1 结论。6 2 7 2 建议。6 3 参考文献6 4 j l | 【谢6 7 附录：攻读硕士学位期间发表的论文。6 8 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 概述 第1 章绪论 近年来，随着科学技术的快速发展和人类对矿产资源的开发利用，矿产工 业中浮选药剂带来的污染日益加重。选矿药剂大部分具有用量大，效率低，高 毒等特点，选矿废水中的药剂残余量大，对环境造成了严重的污染。因此， 寻求浮选药剂的降解规律与研制高效、低毒低污染的环保型浮选药剂具有重 要的意义。 1 2 浮选药剂简介 1 2 1 浮选药剂的作用 在选矿过程中，需要添加某些药剂以改变矿物表面及介质的性质，从而有 效的分离各种不同的有用矿物，这些添加的药剂统称浮选药剂。在浮选过程中， 经过有机及无机化学试剂处理后的磨细的矿石，在矿浆中加以充气、搅拌，某 些矿物易于与气泡粘附，随气泡上浮，不与气泡粘附的矿物则留在矿浆中，达 到药剂选矿的目的。在浮选过程中所投加的各种药剂称为浮选药剂1 2 j 。 矿物浮选所用的各种浮选药剂，有些可以改变矿物的表面性质，如根据工 艺过程的需要提高或降低矿物的可浮性，使其比较容易地粘附在气泡上成为泡 沫产物；有的药剂可以改变气泡的性质，促进空气在矿浆中弥散，产生大量稳 定性适中与大小适宜的气泡；有些药剂则可以调整矿浆的浮选性质，以利改善 浮选工艺效果等p j 。 理论研究和浮选实践均已表明：对于不同类型的矿石需要选用不同类型的 浮选药剂，药剂对调节矿石的可浮性，提高气泡矿化过程的浮选速度和选择性 都起着决定性的作用，研究和正确地选用合适的浮选药剂一直为研究人员们所 重视。 武汉理工大学硕十学位论文 1 2 2 浮选药剂的分类 根据药剂在浮选中的用途来划分，可将常见的药剂划分为捕收剂、调整剂 以及起泡剂三大类。 a 捕收剂 捕收剂是能提高矿物表面疏水性的一大类浮选药剂，也是矿物浮选中最主 要的一类药剂。它具有俩种最基本的性能：第一是吸附固着在选择性的矿物表 面；第二是吸附固着后能使矿物表面的疏水性程度提高，使之容易在气泡上粘 附，从而提高矿物的可浮性。 捕收剂绝大多数都是异性有机化合物，例如黄药，油酸，脂肪伯胺等，但 也有一些是属于非极性的有机化合物例如煤油等。 b 调整剂 调整剂主要是用来调整捕收剂与矿物之间的相互作用以及调节矿浆的浮选 性质，从而有利于矿物之间浮选分离的一大类浮选药剂。 调整剂按其在浮选过程中的作用可分为：抑制剂，活化剂、介质p h 调节剂 矿泥分散剂，凝聚剂和絮凝剂。调整剂的主要作用方式大体上可归纳为三种： ( i ) 直接在矿物表面发生作用；( 2 ) 在矿浆中发生作用：( 3 ) 在气泡表面发生 作用。 c 起泡剂 起泡剂是一类能促使空气在矿浆中弥散，增加分选气一液界面，并能提高 气泡在矿化和升浮过程中机械强度的一类浮选药剂。 起泡剂在起泡过程中的作用：( 1 ) 起泡剂分子防止气泡的兼并：( 2 ) 起泡 剂降低气泡上升运动速度；( 3 ) 起泡剂影响气泡的大小及分散状态。 1 3 胺类阳离子选矿捕收剂 胺类捕收剂是氧化矿浮选的较好的捕收剂，主要用于浮选石英，铝硅酸盐 矿物等，分子中含有氮原子。根据氮原子上烷基数不同，胺类阳离子捕收剂可 分为伯胺、仲胺叔胺和季铵，根据含氮原子数不同又分为一元胺，二元胺和 三元胺。常见胺类捕收剂的化学结构通式如图。 2 武汉理工大学硕+ 学位论文 r hn r 季铵盐 ( 式中i l r , r ”，r ”代表不同的烃基，x - 代表卤素) 胺分子中的氮原子除了与其他原子形成三个共价键外，最外电 子层上还有一对孤对电子。 n ： 所以是l e w i s 碱，具有给电子的能力。旷带有一个单位的正电荷，是一个 l e w i s 酸，具有接受电子的能力。在中性或酸性水溶液中，俩者会相互结合， 形成一个新的阳离子。 n ：+ h + n 旷 1 3 1 胺类捕收剂的物理与化学性质 低碳链的直链脂肪胺在室温下为液体，高碳链的直链芳香胺则都是低熔点 的白色固体。 a 胺盐型阳离子捕收剂易溶于水，这类捕收剂的特点是，能在酸性介质中 使用，但是在碱性介质中不稳定，当p h 7 时，胺盐就会分解析出游离态胺， 游离态的高级脂肪胺往往不溶于水，从而失去表面活性。这类捕收剂主要是伯 胺盐、仲胺盐和叔胺盐。十二胺是一种重要的含硅矿物捕收剂。二胺和多胺的 亲水基含有俩个以上氮原子，增强了水溶性。 b 季铵盐在碱性溶液中，生成相应的碱，如： 武汉理工大学硕十学位论文 ( r i r 2 n r 3 r 4 ) + c l 。+ n a o h - - - * ( r i i b n r 3 r 4 ) + o h + n a c i 该碱如同n a o h 、k o h 一样是强碱，在溶液中完全电离，溶液中存在的仍 然是季铵阳离子，季铵盐在碱性介质中也是稳定的。 c 醚胺是烷基丙基醚胺的简称，其化学通式是： r 一0 - - ( c h 2 ) 3 n h 2 r = c s , - - - c t s 烷基 它是一种褐色油状液体，不溶于水，但能与乙酸形成可溶性盐。 1 3 2 胺类捕收剂的浮选原理及应用 用十二胺浮选有色金属氧化矿时经常在碱性溶液中进行，此时会产生足够 的r n h 2 ，r n h 2 中氮原子的孤对电子能与矿物表面的一些金属阳离子以共价键 的形式结合成比较稳定的络合物，从而使矿物表面疏水而易浮【2 4 1 。 在大多数情况下，十二胺与矿物表面的相互作用主要是由胺的阳离子 r n h 3 + 或r n h 2 r n h 3 + 在矿物表面双电层依靠静电引力吸附在荷负电的矿物表 面，在适宜浓度下十二胺能在矿物表面形成半胶束吸附，此时不仅有静电引力 吸附，还有烃链间的范德瓦耳斯力。胺离子( r n h 3 + ) 与胺分子( r n h 2 ) 之间 易于在矿物表面产生共吸附，或形成胺分子和离子二聚体( r n h 2 ) 2 h + 的半胶束吸 附【5 l o 1 4 常用选矿药剂对生态环境的危害及治理 1 4 1 常用选矿药剂对生态环境的危害 选矿药剂对生态环境的污染很复杂，有直接，间接，交互作用后产生的危 害，大致分为五种情况： ( 1 ) 选矿药剂自身就是有毒有害物质。常用的浮选药剂如黄药类，硫化物 ，氰化物，硫酸锌等。这些选矿药剂可直接对人体和生态环境产生危害与污染。 ( 2 ) 药剂自身是无毒物，但这些药剂的使用与排放增加了水中有机化合物 的含量，降低了自然水中的溶解氧，使水中的生物耗氧量，化学耗氧量大大增 加。这类药剂主要是胺类与脂肪酸类，如十二胺、醚胺，季铵盐，塔尔油等。 还有一些药剂随选矿废水排入流动缓慢的水库，湖泊、内海等水域，由于药剂 中含有浮游生物需要的大量营养元素而繁殖，在水面上会形成密集的“水花”或 “红潮”。 4 武汉理工大学硕士学位论文 ( 3 ) 以分散作用为主而产生危害的药剂。在选矿过程中，矿石需要磨的很 细，大量的有机和无机物细小粉末在矿浆中，当分散剂( 如水玻璃) 加入后， 这些有机，无机物细小粉末由于分散作用而长时间不能沉降，随选矿废水排入 自然水体，不仅破坏河流湖泊生态系统，而且悬浮物中的有毒有害物质可能在 适宜的条件下释放出来。 ( 4 ) 选矿药剂的二次污染和复合污染。在光降解条件下，选矿药剂会产生 二次污染物及二次污染链【6 j 。 1 4 2 选矿废水治理 根据选矿废水组成成分的不同，分别采用相应的治理措施，如下： 悬浮物：混凝沉淀法； 酸碱性废水；中和法； 重金属离子：调节p h 值共沉淀石灰絮凝沉淀，吸附法： 以胺类或脂肪酸类为主的化学耗氧物：混凝沉淀法，高级氧化法，生物降 解法、吸附法： 黄药或黑药：铁盐混凝沉淀法漂白粉氧化法； 氰化物：过氧化氢氧化法，铁络合物结合法、二氧化硫空气氧化法。 矿业废水是一个混合体系，污染物繁多，这种废水的处理工艺是要将各单 元技术有机的配合使用。在废水处理过程中，首先可以采用预沉淀和混凝- 沉淀 技