新型陽離子水處理劑的合成與應(yīng)用
【摘要】本文通過實驗合成了陽離子生物質(zhì)水處理劑，并對其殺菌滅藻、阻垢、緩蝕性能進(jìn)行了評價。結(jié)果表明，陽離子生物質(zhì)的殺菌滅藻性能得到很大提高，在藥劑質(zhì)量濃度為20~30 mg/L時，可與癸甲氯銨的殺菌滅藻性能相媲美。同時，改性后，生物質(zhì)的阻垢、緩蝕性能也得到較大幅度的改善。
【關(guān)鍵詞】陽離子生物質(zhì)；水處理劑；合成；殺菌滅藻；阻垢緩蝕
生物質(zhì)水處理劑，應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)冷卻水的處理，在我國已有多年的歷史。它的特點是阻垢效果好、滲透性能強、溶垢效果好，同時兼具一定的緩蝕能力，而且價格比其他水處理藥劑便宜，以采用腐植酸和殼聚糖最為普遍[1]。但其系列水處理劑對細(xì)菌、藻類的殺滅效果極差，尤其是高溫季節(jié)，在冷卻水流速緩慢的管道內(nèi)部常滋生粘泥，降低傳熱效率。為了提高生物質(zhì)的殺菌滅藻效果，改善其綜合性能，擬對腐植酸進(jìn)行季銨化改性試驗。實驗結(jié)果表明，改性后的腐植酸的殺菌滅藻性能得到很大提高，可與二癸基二甲基氯化銨相媲美，同時改性后的腐植酸的阻垢、緩蝕性能也得到大幅度改善。為腐植酸的應(yīng)用開辟了新的前景。
1 實驗部分
1．1 合成原理
腐植酸為天然高分子化合物，在其結(jié)構(gòu)單元中含有多種官能團(tuán)，其中羧基含量隨產(chǎn)地不同，其中區(qū)別很大，一般在5～9mmol/g之間[2]，以江西的為好。改性時，可利用羧基與有機胺作用，生成功能酰胺基，然后再進(jìn)行胺甲基化和季銨化，即可向分子中引入季銨離子。反應(yīng)式如下：
1．2 陽離子的合成
1．2．1 叔酰胺化反應(yīng)
在裝有溫度計、電動攪拌器和回流冷凝管的三口燒瓶中，加入精制好的腐植酸粉末，加入二甲丙二胺水(40%)，質(zhì)量比為1：0．5，緩慢加熱、攪拌，使其生成腐植酸銨鹽。蒸干水分后，升溫至150-200℃(溫度不得超過250℃，以防腐植酸結(jié)焦分解)，攪拌反應(yīng)1 h，銨鹽失水生成腐植酸二甲酰叔胺，其外觀為紫黑色閃亮的粘狀物。
1．2．2叔酰胺化產(chǎn)品處理
裝置同前，腐植酸叔酰胺加入一定量乙醇，控制pH為7～9，溶解溫度60-70℃，攪拌l h。進(jìn)行季銨化反應(yīng)。
1．2．3季銨化反應(yīng)
裝置同前，在處理后的叔酰胺化中加入與二甲丙二胺等物質(zhì)的量的硫酸二甲酯，滴加時間為l h，pH調(diào)為7，溫度為60～70℃，反應(yīng)2 h得季銨化生物質(zhì)，產(chǎn)物外觀為棕色粘稠液體。
1．3 實驗方法
1．3．1 季銨化腐植酸的鑒定[3]
腐植酸為復(fù)合物，直接用氣相色譜或紅外光譜進(jìn)行分析非常困難，但可用化學(xué)方法對季銨基團(tuán)進(jìn)行鑒定，取一定量季銨化的腐植酸，加蒸餾水稀釋后，加入0．1 mol/L的月桂硫酸鈉試劑少許，立即有白色絮狀物沉淀產(chǎn)生。表明腐植酸分子中引入了季銨離子。
1．3．2 季銨化度的測定
取一定量的陽離子腐植酸，用過量沉淀劑月桂硫酸鈉沉淀季銨離子，用丙酮溶解沉淀物，然后用HC104標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定叔酰季銨離子，按下式求得改性腐植酸的季銨化度為75%。銨化度=叔酰季銨離子物質(zhì)的量/腐植酸中羧基物質(zhì)的量x100% 。
2 結(jié)果與討論
2．1 叔酰季銨化腐植酸殺菌滅藻性能的考察
取鐵細(xì)菌、硫酸鹽還原菌為菌種，用不同濃度的季銨化腐植酸處理，在顯微鏡下觀察細(xì)菌群落，并計算殺菌率，同時與潔爾滅的殺菌效果做對比，實驗結(jié)果見表1。
 |
由表1可以看出，改性腐植酸的殺菌能力得到了大幅度的提高，與二癸基二甲基氯化銨相比，雖然在低濃度的情況下，其殺菌性能不如二癸基二甲基氯化銨，但當(dāng)濃度在30~40 mg/L時，其殺菌性能即可與二癸基二甲基氯化銨媲美。同時，對叔酰季銨化腐植酸殺滅新鮮硅藻的性能也做了考察，實驗結(jié)果見表2。
 |
由表2可看出，未改性腐植酸在低濃度時，幾乎沒有滅藻作用，在高藥劑質(zhì)量濃度40 mg/L時，實驗96 h，殺藻率也僅有50%，而叔酰季銨化腐植酸則顯示出比未改性腐植酸強得多的滅藻能力。低質(zhì)量濃度0o~2o mg/L)時，實驗96 h，滅藻率即可達(dá)80%，高質(zhì)量濃度(40 mg/L)時，僅需10 h，滅藻率即可達(dá)到100%。以上實驗說明對腐植酸進(jìn)行季銨化改性來提高其殺菌滅藻性能的途徑是完全可行的，而且實驗中發(fā)現(xiàn)該方法實驗條件不苛刻，易于控制，產(chǎn)率較高。
2．2 酰銨化腐植酸緩蝕性能的考察
以A3標(biāo)準(zhǔn)鋼片為實驗對象，按常規(guī)方法測定其在等質(zhì)量濃度的腐植酸和季銨化腐植酸溶液中的靜態(tài)腐蝕速度，并計算緩蝕率，實驗結(jié)果見圖1。
 |
由圖1可知，低藥劑濃度時，腐植酸及改性腐植酸的緩蝕率均不理想，但隨藥劑質(zhì)量濃度的增加，二者的緩蝕率均逐漸增大，而且在二者質(zhì)量濃度相同情況下，改性腐植酸的緩蝕率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未改性的腐植酸，40 mg/L時，腐植酸的緩蝕率為60%，而叔酰季銨化腐植酸可達(dá)90．6%，緩蝕性能得到大幅度改善。這可能是由于引入叔酰季銨離子后，增強了腐植酸分子在鋼鐵表面的吸附能力，形成了更好的吸附膜，從而提高了緩蝕效果。
2．3 叔酰季銨化腐植酸阻垢性能的考察
用含Ca2+和HCO-均為250 mg/L的配制水，在一定的藥劑濃度下，于85℃下恒溫64 h，用EDTA滴定Ca ，計算不同質(zhì)量濃度的季銨化腐植酸的阻垢率，并與未改性的腐植酸做對比，實驗結(jié)果見圖2。
 |
圖 2表明，在相同藥劑質(zhì)量濃度下，改性腐植酸的阻垢率均高于未改性腐植酸的阻垢率，這說明叔酰季銨化改性腐植酸，不但使它的殺菌滅藻性能、緩蝕性能得到大幅度的提高，而且也進(jìn)一步改善了它的阻垢性能。從實驗看出，叔酰季銨化腐植酸是一種原料易得的綠色水處理劑。
3 結(jié)論
本文合成的陰離子生物水處理劑，其殺菌滅藻性能好，對生物質(zhì)的阻垢以及緩蝕性能也得到了很大的改善，為腐殖酸的應(yīng)用開辟了新的前景。
參考文獻(xiàn)
【1】五蘭巴音，等．廢水處理的新材料、新方法【M】．北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1995．
【2】黃永奎．腐植酸化學(xué)文摘【M】．北京：科學(xué)出版社，1982．
【3】蘭州大學(xué)化學(xué)系，等．有機微量定量分析【M】．北京：科學(xué)出版社，1978．
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
