PDMDAAC改性粉煤灰的制备及其脱色效果研究

1、P D MDAAC改性粉煤灰的制备及其脱色效果研究岳钦艳1,曹先艳1,2,高宝玉1,张子健1(1.山东大学环境科学与工程学院,山东济南250100;2.同济大学环境科学与工程学院,上海200092摘要:为提高粉煤灰的除污能力,采用高分子絮凝剂P DMDAAC(聚二甲基二烯丙基氯化铵对粉煤灰进行表面改性,并通过正交试验考察了改性的最佳工艺参数。结果表明,改性的最佳工艺参数为:P DMDAAC的浓度为40g/L,温度恒定为30,反应时间为1h。改性粉煤灰对活性黄和分散红紫的模拟染料废水都有很好的处理效果,其脱色机理以吸附电中和为主。在一定范围内,随着改性粉煤灰投量的增加则脱色效果增强,而溶液的pH

2、值和反应时间对脱色效果的影响不大。此改性粉煤灰可用于印染废水的处理。关键词:粉煤灰;改性;聚二甲基二烯丙基氯化铵;脱色;吸附电中和;正交试验中图分类号:X703.1文献标识码:C文章编号:1000-4602(200713-0106-03Prepara ti on of M od i f i ed Fly A sh by PDMDAAC and Its Color Rem ova lEffectY UE Q in2yan1,CAO Xian2yan1,2,G AO Bao2yu1,ZHANG Zi2jian1(1.School of Environm ental S cience and Eng

3、ineering,Shandong U niversity,J inan250100,China;2.School of Environm ental S cience and Engineering,Tongji U niversity,Shangha i200092,Ch inaAbstract:Fly ash was modified by macr omolecular fl occulant P DMDAAC t o i m p r ove its perf or2 mance f or pollutants re moval,and the op ti m al para mete

4、rs f or the modificati on were investigated thr ough orthog onal test.The results show that the op ti m al modifying para meters are as f oll ows:40g/L of P DM2 DAAC,30of the constant te mperature,and one hour of reacti on ti m e.The modified fly ash has a good re moval effect on reactive yell ow K-

5、4G and dis persed dark red P-R.The mechanis m of col or re2 moval is ads or p ti on and charge neutralizati on.The col or re moval effect is direct t o the dosage of fly ash, while pH and reacti on ti m e have little influence on the col or re moval effect.The modified fly ash is suita2 ble f or tre

6、at m ent of p rinting and dyeing waste water.Key words:fly ash;modificati on;P DMDAAC;col or re moval;ads or p ti on and charge neu2 tralizati on;orthogonal test粉煤灰是燃煤电厂排放的固体废弃物,近年来人们开始尝试将粉煤灰用于环保,并且已有很多成功实例,但粉煤灰的除污能力有限,直接用于印染废水处理时所需用量较大,给后续处理带来了麻烦1。笔者采用高分子絮凝剂P DMDAAC(聚二甲基二烯丙基氯化铵对粉煤灰进行表面改性,考察了其最佳工艺参数

7、,探讨了处理染料废水的机理。1试验材料与方法111试验仪器酸度计,P L202-S电子天平,分光光度计,磁力加热搅拌器,HY-4型调速多用振荡器,ST-08A 型比表面积测定仪,Mastersizer2000粒度分布测定第23卷第13期2007年7月中国给水排水CH I N A WATER&WASTE WATERJul.2007仪,Zeta电位测定仪。112试验材料染料:分散蓝(max=330nm,分散红紫(max=556nm,活性黄(max=400nm。P DMDAAC:含量为40%;粉煤灰:济宁电厂的二级除尘灰,主要成分见表1。表1粉煤灰的化学组成Tab.1Compositi on of

8、fly ash%成分Si O2A l2O3Fe2O3CaO M g O S O3其他11311粉煤灰的改性将50g粉煤灰与100mL一定浓度的P DM2 DAAC溶液混合,在恒温条件下搅拌反应一定时间,产物经抽滤、洗涤后,在8090下烘干,研磨过120目筛,制得改性粉煤灰。11312脱色试验首先称取一定量的染料于10L自来水中,搅拌均匀后配成浓度为100mg/L的模拟染料废水。然后取100mL模拟染料废水于250mL锥形瓶中,加入一定量的改性粉煤灰,搅拌处理一定时间,静置沉淀10m in后,取上清液测定吸光度,则脱色率(为:=(A-A/A0100%(1式中A处理前溶液的吸光度A处理后溶液的吸光

9、度11313正交试验设计选取温度(A、时间(B、P DMDAAC浓度(C、pH值(D4个因素,设计了L16(45正交试验,各因素的水平如表2所示。表2正交试验的因素及水平Tab.2Fact ors and levels of orthogonal test水平因素温度/时间/hP DMDAAC浓度/(gL-1pH值12011022301.5206340230104502.540122正交试验结果以分散蓝为处理对象的正交试验结果见表3。由极差可知,P DMDAAC浓度是影响改性效果的关键因素,随着P DMDAAC浓度的增大,对分散蓝废水的处理效果逐渐改善;时间和P DMDAAC的pH值,对处理效

10、果的影响相对较小;温度对改性效果的影响仅次于P DMDAAC浓度,且30时改性粉煤灰的处理效果最好。在实际的操作中,调节pH值需要加入酸/碱,而且费时,因此可以不考虑pH值的影响。由此确定改性工艺的最佳参数为:P DMDAAC 的浓度为40g/L,反应温度为30,搅拌反应时间为1h。表3正交试验的结果Tab.3Result of orthogonal test试验号A B C D去除率/% 1123292.922341292.113243395.234421392.025131487.066313494.957211192.258433194.189114396.3810332394.8911

11、234296.3712412294.1713142186.6914324195.7615222495.6216444497.693处理印染废水机理的探讨311改性粉煤灰的平均粒径有研究表明2,粉煤灰的形成过程与活性炭的制作过程相似,因此其也具有较大的比表面积和较高的表面能,且表面存在A l、Si等活性点,能够吸附水中的污染物,达到净化水质的目的。试验结果证明,经P DMDAAC改性后粉煤灰的净化效能大大增强,对模拟分散蓝废水的脱色率由改性前的58.24%提高到85%以上。测定结果显示,未改性、改性粉煤灰颗粒的平均粒径分别为25.69、2426m,二者差别不大。采用BET氮气吸附法测定改性前、后

12、粉煤灰的比表面积,发现两者均在2m2/g 左右,变化很小。这说明,改性粉煤灰除污效能的提高并不是其粒径和比表面积发生改变所致,即改性粉煤灰净化废水并不是仅靠颗粒的表面吸附作用。312改性粉煤灰的表面电性测定显示,改性前粉煤灰的表面带负电,Zeta 电位为-4.5mV;而改性后的粉煤灰表面带正电,其中在最佳改性条件下得到的粉煤灰的Zeta 电位为10.8mV,说明改性过程中P DMDAAC 吸附在了粉煤灰的表面,进而改变了粉煤灰表面的电性。染料废水一般带负电,这样就使得改性粉煤灰不仅具有吸附能力,而且具有电中和的能力,因此增强了对污染物的去除效果。4处理其他模拟染料废水的效果采用改性粉煤灰处理分

13、散红紫和活性黄两种模拟染料废水,结果见图13。图1改性粉煤灰投加量对去除效果的影响Fig .1I nfluence of modified fly ash dosage on re moval effect图2染料废水的pH 值对去除效果的影响Fig .2I nfluence of s oluti on pH on re moval effect图3反应时间对去除效果的影响Fig .3I nfluence of reacti on ti m e on removal effect从图1可以看出,对分散红紫和活性黄来说,当改性粉煤灰的投加量分别为3g/L 和7g/L 时,去除率均达到了95%以上

14、,处理后的水基本无色;当投加量8g/L 后,脱色率均开始逐渐下降。对废水Zeta 电位的测定结果显示,其为正值。这是因为过多的改性粉煤灰不仅中和了染料表面的负电荷,还使其表面带上正电荷,随着正电荷的增加,它们之间的排斥力逐渐增大,又具有稳定性。从图2可以看出,在最佳投量下,pH 值对处理效果的影响不是很大,说明采用改性粉煤灰处理染料废水时其能够适应的pH 值范围较宽。由图3可知,反应时间对去除效果的影响也不大,在较短的时间内就能达到较好的去除效果。对比图13可知,改性粉煤灰对活性黄的去除率总是低于同等条件下对分散红紫的去除率。分析分散红紫和活性黄的结构发现,分散红紫是疏水性染料,可以直接被改性粉煤灰吸附中和,然后随改性粉煤灰沉降;而活性黄为水溶性染料,在处理该种废水时,首先需中和其表面的电荷,使分子间的斥力减小,水溶性下降,从而凝聚并从水中析出,然后随改性粉煤灰一起沉降,达到脱色的目的3。可见,改性粉煤灰处理印染废水的机理以吸附电中和为主。5结论采用P DMDAAC 制备改性粉煤灰的最佳工艺参数为:P DMDAAC 的浓度为40g/L,反应温度为30,搅拌反应时间为1h 。改性粉煤灰对活性黄和分散红紫的模拟废水都有很好的处理效果。在一定范围内,随着投量的增加则脱色效果增强,而溶液的pH 值和反应时间对脱色效果的影响不大。改性