改性木质素磺酸盐处理工业废水研究
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工业木质素的改性及其作为精细化工产品的研究进展一、木质素资源概述木质素,作为一种普遍存在于植物细胞壁中的天然有机高分子化合物,不仅是植物生长发育不可或缺的组成部分,也是地球上除纤维素之外最为丰富的可再生有机资源之一。
每年全球生物质资源的生产和加工过程中会产生大量的木质素副产品,尤其是在造纸、木材提炼生物燃料乙醇以及林产化工等行业。
据统计,大约占植物干重15至30的木质素,在传统的纸浆与造纸工业中,主要是通过硫酸盐法制浆过程得以分离提取。
木质素的基本结构单元包括愈创木基、紫丁香基和对羟苯基丙烷等酚类化合物,这些单元通过复杂的交联网络结构相互连接,赋予了木质素独特的化学稳定性和难降解性。
正是这种高度稳定的特性使得木质素在未经改性之前难以直接应用于多个领域,尤其是精细化工业生产中。
木质素的有效利用长期以来一直是生物质资源循环利用的重要课题。
随着科技进步和环保意识的提升,研究人员不断探索木质素的高效改性方法,旨在将其转化为有价值的精细化工产品。
通过物理、化学或生物技术手段,如氧化、还原、酯化、磺化、裂解、热解和生物降解等途径,可以改变木质素的原始性质,使其适用于诸如粘合剂、功能填料、碳材料、吸附剂、树脂合成原料、以及高性能复合材料等多种用途。
这样不仅能够减少对化石资源的依赖,还能够实现木质素这一宝贵资源的绿色可持续利用,极大地推动了生物质循环经济的发展。
二、木质素改性技术在这一部分,通常会简要介绍木质素的基本概念、来源以及在工业上的应用前景。
木质素作为一种可再生的天然高分子聚合物,广泛存在于植物细胞壁中,是木质纤维素的主要组成部分之一。
随着生物质资源的可持续利用和环境保护的需求,木质素的高值化利用受到了越来越多的关注。
在这一部分,可以介绍一些传统的木质素改性技术,如物理法、化学法和生物法等。
每种方法都有其特点和适用范围,例如物理法通常包括机械研磨、超声波处理等,可以改变木质素的形态和粒径化学法则通过化学反应引入新的官能团,改善木质素的溶解性或反应活性生物法则利用微生物或酶的作用,实现木质素的选择性改性。
木素磺酸盐在生产中的应用一、在酸法制浆过程中会产生大量的蒸煮废液(俗称红液) ,若不经处理直接排放,会对环境产生巨大的污染。
为对蒸煮红液进行有效的治理,红液综合治理成为了目前最有效的手段之一。
木质素磺酸盐是红液综合治理主要副产物之一,随着化石资源的日益枯竭和人们对环境保护的日益重视,人们对木质素磺酸盐的基础研究和应用开发研究渐趋活跃。
二、鉴于木质素磺酸盐的独特分子结构和表面物化性能,其应用范围及其广泛,涉及到工业、农业各个方面的很多领域。
木质素磺酸盐在工业方面的应用主要包括以下几个方面:1木质素磺酸盐制备合成树脂和胶粘剂由于木质素结构中既有酚羟基,又有醛基、羧基等,因此可以与其他化合物在一定条件下合成树脂,然后根据原料不同,进而制得木质素-酚醛树脂胶粘剂或黑液--酚醛树脂胶粘剂。
2木质素磺酸盐作橡胶补强剂一般来说,传统的橡胶补强剂为炭黑,而生产一吨炭黑需要6--8万立方米天然气,相对而言,价格昂贵,并且有些炭黑还具有潜在的致癌作用;同时,每年又有大量的木质素资源被浪费,并造成对环境的威胁,用木质素代替部分炭黑生产橡胶可以有效的缓解这一矛盾。
3木质素磺酸盐制备油田化学品由于木质素磺酸盐相对优良的性能及丰富的来源和低廉的价格,目前,被广泛应用于生产石油化学品,在我国石油工业所用的16大类262个品种的油田化学品中,现在己能用木质素磺酸盐生产5大类24种油田化学品,且主要用于钻井泥浆添加剂、堵水剂和调剖剂、稠油降粘剂及三次采油用表面活性剂等。
4木质素磺酸盐作建材助剂木质素磺酸盐作为建材助剂主要应用了其表面活性这一性能,且在建筑科学领域,木质素磺酸盐主要作为混凝土减水剂、水泥助磨剂、化学灌浆材料及沥青乳化剂等来应用。
除此之外,木质素磺酸盐还可以制备阳离子表面活性剂及活性炭和碳纤维、染料分散剂、合成软剂、磁铁矿浆助滤剂、水体防垢剂、磨削液、混凝剂、粘结剂、水煤灰复合添加剂、絮凝剂等。
木质素磺酸盐不仅在工业上应用广泛,还可以应用于农业的很多方面,如作为肥料和各种肥料的添加剂、农业缓释剂、植物生长调节剂、饲料添加剂、土壤改良剂、水面保水剂,主要是液体地膜的应用;另外还可以作为水果和植物的杀菌防腐剂以及栽培食用菌等。
木质素表面活性剂及木质素磺酸盐的化学改性方法李凤起1 朱书全2(1.太原理工大学矿业工程学院,030024; 2.中国矿业大学北京校区,100083)摘要:介绍了利用造纸工业的主要副产品木质素制取表面活性剂以及对木质素磺酸盐的几种有效的化学改性方法与产品应用途径,给出了用木质素改性制备水煤浆添加剂的实例。
关键词:木质素 化学改性 表面活性剂 接枝共聚 应用 木质素(简称木素)是造纸工业的副产品,在化学制浆过程中,木素绝大部分溶解在废液中,是纸浆废液的主要成分。
由于原料不同,制浆方法不同,所以木质素在纸浆废液中的存在形式也不同。
碱木素存在于碱法制浆废液中,是一种具有分散、粘合及表面活性等特殊性能的天然高分子化合物。
目前对木质素的化学结构尚无统一认识,但公认木质素是以1丙烯基3甲氧基4氧苯为结构单元通过C—O键或C—C键连接而成的高分子化合物。
碱木素上缺乏强亲水性官能团,同时可发生反应的位置较少,所以水溶性和化学反应性能都不好,特别是在中性及酸性条件下溶解度很低,这些缺陷大大限制了它的应用范围。
木质素的化学改性是开拓产品利用价值的重要手段。
木质素磺酸盐是在亚硫酸盐制浆过程中产生的,也可以由木质素磺化制得。
木质素磺酸盐因有磺酸基存在,具有较强的亲水性,所以它比碱木素的应用广泛得多。
作者在进行木质素改性制取水煤浆添加剂的研究过程中,分析了木质素的几种有效的改性方法和可能的利用途径,并对碱木素进行磺化改性和对木质素磺酸盐氧化改性制成水煤浆添加剂,分别用于义马、北宿和大同煤制浆,经Haake RV12型流变仪测定,浆的流变性好,且水煤浆的定粘浓度提高2%~3%[1]。
1 木质素表面活性剂木质素具有含活泼氢的羟基和可以被加成的双键,可以引入各种亲水性基团,合成各种表面活性剂。
1.1 合成阴离子表面活性剂木质素的改性方法虽然很多,但最具实际应用价值的改性方法还是磺化改性。
磺化改性包括高温磺化、氧化磺化和磺甲基化。
木质素改性材料的发展与应用摘要:本文主要介绍木质素的改性与应用研究对保护生态环境,推动工业木质素应用的发展,促进制浆造纸废液污染治理,农林剩余生物质资源利用,开发可自然再生资源的综合利用木质素的化学改性既拓宽了木质素的应用范围,也提高了其实用价值。
加强木质素的改性与应用研究对保护生态环境,推动工业木质素应用的发展,促进制浆造纸废液污染治理,开发可自然再生资源的有效利用具有重要意义。
关键字:木质素;改性;应用主要内容:木质素是一种可再生的天然高分子有机物,大量存在于造纸废液中。
从造纸废液中提取的木质素结构复杂,分子量分布范围宽,缺乏强亲水官能团,应用性能难以提高。
通过对木质素进行改性,可以提高其应用性能,拓宽应用范围,而且对促进资源充分利用、环境保护和制浆造纸业协调持续发展有重要意义。
木质素的改性研究主要包括木质素的磺化、磺甲基化,木质素与丙烯酰胺、丙烯酸和多元单体接枝共聚、缩合、交联,木质素的氧化氨解、稀硝酸氧化,木质素脱甲基化、硫化以及常温常压、高温加压等反应改性。
改性后木质素分子量料分散、肥料增效缓释、合成木材、削减地表径流、固沙保水等方面有良好的应用前景。
木质素的化学改性拓宽了木质素的应用范围,也提高了其实用价值。
加强木质素的改性与应用研究对保护生态环境,推动工业木质素应用的发展,促进制浆造纸废液污染治理,农林剩余生物质资源利用,开发可自然再生资源的综合利用木质素的化学改性既拓宽了木质素的应用范围,也提高了其实用价值。
加强木质素的改性与应用研究对保护生态环境,推动工业木质素应用的发展,促进制浆造纸废液污染治理,开发可自然再生资源的有效利用具有重要意义。
目前,国内外利用木质素产物中的绝大多数为亚硫酸盐法造纸制浆废液回收的木质素磺酸盐的形式。
与碱法造纸制浆黑液回收的木质素相比,其水溶性、分散性、表面活性等较好,木质素的磺化改性主要包括对木质素的磺化和磺甲基化反应。
木质素磺化改性,一般采用的是高温磺化法,即将木质素与Na2SO3在150-200℃条件下进行反应,使木质素侧链上引进磺酸基,得到水溶性好的产品。
木质素化学改性及应用姓名:蒲黄彪学号:201106110007摘要:本文综述了由制浆造纸回收黑液分离而得的木质素的磺化改性方法及其应用情况。
分析表明,磺化改性后的木质素分子含量提高,水溶性、表面活性增强,其改性产物分别在混凝土减水剂、石油开采、聚氨酯合成等方面有良好的应用前景。
木质素的化学改性拓宽了木质素的应用范围,也提高了其实用价值。
加强木质素的改性与应用研究对保护生态环境,推动工业木质素应用的发展,促进制浆造纸废液污染治理,农林剩余生物质资源利用,开发可自然再生资源的综合利用具有重要意义。
关键词:木质素;磺化改性;综合利用前言木质素是木质化植物组织除去浸提成分(包括灰分)后的非碳水化合物部分,是具有芳香族特性的高分子无定形物质。
主要存在于木质化植物细胞壁,起着将细胞连接起来强化植物细胞的作用。
在化学上是苯基丙烷单元(C6-C3)主要通过C-C键或醚键结合起来的复杂化合物,甲氧基是其特征功能基[1]。
木质素是自然界中仅次于纤维素的第二大可再生资源。
这种天然有机高分子化合物由于其结构的复杂性、大分子的多分散性以及物理化学性质的不均一性,至今尚未得到充分有效的利用[2]。
目前可作为工业原料的木质素主要是造纸工业的副产品,主要分为木素磺酸盐和碱木素两大类,用于混凝土减水剂、分散剂、泥浆处理剂、土质稳定剂、表面活性剂、水处理剂、黏合剂等方面[3-6]。
工业木质素实际上是木质素大分子降解形成的小的碎片和各种碎片缩合物的一种混合物,保留有原本木质素的大分子骨架和基本的功能基团。
木质素分子结构中存在着芳香基、酚羟基、醇羟基、羰基、甲氧基、羧基、共轭双键等活性基团,可以进行氧化、还原、水解、醇解、酸解、光解、酰化、磺化、烷基化、卤化、硝化、缩聚或接枝共聚等许多化学反应[7],这些性质使得木质素在现代化学工业中拥有巨大的潜在应用价值。
碱木质素不溶于酸性和中性试剂,仅可溶于碱性溶液和四氢呋喃、二氧六环、乙醇、甲醇等少量的有机溶剂。
改性木质素磺酸盐制备及吸附重金属离子研究改性木质素磺酸盐制备及吸附重金属离子研究摘要:近年来,环境污染问题日益突出,尤其是重金属离子的污染。
为了解决这一问题,本研究采用改性木质素磺酸盐作为吸附剂,研究其对重金属离子的吸附性能。
实验结果表明,改性木质素磺酸盐能够有效吸附重金属离子,并且吸附性能受到pH值、吸附时间、吸附剂用量等因素的影响。
进一步研究了改性木质素磺酸盐的吸附动力学、等温吸附、热力学和再生性能,为其在实际应用中提供了一定的依据和指导。
本研究的结果对于解决重金属离子的污染问题具有重要意义。
引言:随着工业化的加速发展,重金属离子的污染问题日益凸显。
重金属离子是许多工业废水和废物中的主要成分之一,具有很高的毒性和潜在的危害性。
因此,寻找一种高效而环保的重金属离子吸附材料成为当前研究的一个热点。
改性木质素磺酸盐作为一种新型吸附剂,具有许多优势。
首先,木质素磺酸盐来源广泛,成本低廉。
其次,木质素磺酸盐结构简单,易于改性,从而拓宽了其吸附性能的范围。
最重要的是,改性木质素磺酸盐对于重金属离子具有较高的吸附能力和选择性。
因此,研究改性木质素磺酸盐的制备方法和吸附性能对于解决重金属离子的污染问题具有重要意义。
实验方法:1. 改性木质素磺酸盐的制备采用酯交换反应法将木质素磺酸盐中的羟基或酚羟基部分取代为某种有机基团,从而改善其吸附性能。
2. 吸附实验的条件设置使用不同浓度的重金属离子溶液进行吸附实验,调节pH值、吸附时间、吸附剂用量等因素。
3. 吸附性能的测试方法利用原子吸收光谱法或电感耦合等离子体发射光谱法测定吸附前后重金属离子的浓度差值,计算出吸附量。
实验结果与讨论:改性木质素磺酸盐对不同重金属离子的吸附性能进行了研究,发现其对铜离子、镉离子、铅离子等重金属离子都具有很好的吸附效果。
同时,实验结果还表明,吸附时间、吸附剂用量和pH值对吸附性能具有显著影响。
吸附时间越长,吸附剂使用量越大,pH值越接近中性,吸附效果越好。
木质素磺酸盐减水剂的改性之化学改性方法目前,对于木质素磺酸盐进行化学改性以提高其表面活性的方法主要可以分为两类:即功能化化学改性和接枝共聚化学改性。
功能化化学改性就是对木质素磺酸盐进行化学反应从而赋予其要求的性能,常用的功能化化学改性方法有缩合聚合法、烷基化法、烷氧基化法、氧化法等;而接枝共聚化学改性则是使用合成单体与木质素磺酸盐进行接枝共聚生产高分子化合物。
所有这些方法都可以在一定程度上根据需要,通过增加亲水或者亲油基团,提高木质素磺酸盐的表面活性。
混凝土减水剂的主要特点就是有所需要的亲水基团,因而对木质素磺酸盐减水剂进行化学改性,其目的就在于增加木质素磺酸盐本身的亲水基团,从而提高水泥浆体的分散性。
针对这一特点,对木质素磺酸盐减水剂的化学改性方法主要有氧化法、缩合聚合法和接枝共聚法等。
其中氧化法又分为一般氧化法,即通过选用氧化剂与木质素磺酸盐进行氧化还原反应的方法:和电化学氧化法,即阳极氧化法两种。
氧化法中所选用的氧化剂一般为高锰酸钾、过氧化氢、重铬酸钾、过硫酸钱、稀硝酸、偏高碘酸盐、氧气等,同时辅以催化剂,如Fe2+,Cu2+,在一定的浓度、氧化时间及氧化温度下,对木质素磺酸盐进行氧化改性。
实验证明,采用不同的氧化剂进行改性时,其改性产物对水泥净浆流动都有一定的效果。
电化学氧化一般采用Ru、石墨、Ni、Pt及PbO2等作为阳极来氧化木质素磺酸盐。
缩合聚合法是通过木质素磺酸盐与甲醛、酚类、异氛酸酷类等单体发生缩聚反应来实现的。
木质素磺酸盐既可以取代酚类与甲醛在碱性催化下发生反应;同时又可以作为醛类在酸性催化下与酚类发生缩聚反应。
接枝共聚法是使木质素磺酸盐与烯类单体在引发剂的作用下发生接枝共聚反应,常用的引发剂有氧化还原引发体系,如H2O2-Fe(Ⅱ)、过氧化物引发剂、铈盐、γ射线照射等。
改性木质素磺酸盐制备及吸附重金属离子研究改性木质素磺酸盐制备及吸附重金属离子研究引言:随着工业化进程的加速和环境污染问题的不断凸显,重金属离子的排放成为环境保护的重要课题。
重金属离子具有较强的毒性和累积性,对生物体和生态环境造成严重伤害。
因此,开发高效、环保和经济的重金属离子吸附材料成为研究的热点之一。
一、改性木质素磺酸盐的制备方法改性木质素磺酸盐是一种具有良好吸附性能的材料,能够有效去除重金属离子。
其制备方法主要包括以下几个步骤:首先,选择适宜的木质素作为原料,然后通过化学反应将其与磺酸盐进行反应。
最后,经过干燥和粉碎处理,得到改性木质素磺酸盐。
二、改性木质素磺酸盐的吸附性能研究改性木质素磺酸盐具有优异的吸附性能,可以去除废水中的重金属离子。
研究表明,改性木质素磺酸盐的吸附容量与吸附时间、溶液 pH 值、重金属离子浓度、温度等因素密切相关。
随着吸附时间的增加,吸附容量逐渐增加并趋于稳定,可能是由于表面吸附和内部扩散等过程共同影响的结果。
溶液 pH 值对吸附性能也有显著影响,当 pH 值在一定范围内变化时,重金属离子与改性木质素磺酸盐之间的吸附作用最强。
三、改性木质素磺酸盐的应用前景及展望改性木质素磺酸盐由于其良好的吸附性能,有很大的应用前景。
首先,在工业和农业废水处理中,改性木质素磺酸盐可以作为一种低成本、高效和环保的吸附剂,有效去除废水中的重金属离子。
其次,在金属离子催化反应、电子化学和药物等领域也有广泛的应用前景。
最后,改性木质素磺酸盐的研究可以为开发更具吸附性能的材料提供借鉴和指导。
总结:通过对改性木质素磺酸盐制备及吸附重金属离子的研究,我们可以得出结论:改性木质素磺酸盐是一种具有良好吸附性能的材料,能够有效去除废水中的重金属离子。
在实际应用领域中具有非常广泛的应用前景。
然而,目前关于改性木质素磺酸盐的研究还存在一定的不足之处,需要进一步加强对其吸附性能和应用机制的研究,以提高其吸附效果和应用价值。
新型木质素磺酸盐系减水剂的制备与性能研究摘要:木质素磺酸盐是亚硫酸盐制浆工艺的副产物,它也是一种常见的减水剂,通过对其进行化学改性,可以提高减水率。
采用水溶液聚合法,将自制的酯化大单体聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯(MPA) 与丙烯酸(AA) 、甲基丙烯磺酸钠(MAS)和木质素(LS)共聚合成新型木质素磺酸盐系减水剂, 探讨了AA 与MPA 的质量比、MAS 与MPA 的质量比、引发剂用量(相对于所有单体质量和的百分比)、聚合温度和反应时间对所合成新型木质素磺酸盐系减水剂性能的影响。
通过净浆流动度测试,来检验所合成减水剂的减水性能。
结果表明:采用最佳工艺参数制备的新型木质素磺酸盐系减水剂在掺量仅为0.20%(质量分数)时具有良好的分散性和保塑性. 分析表明, 改性后木质素磺盐分子结构中空间位阻小的基团含量减少,空间位阻大的基团含量增加,有效减少了水泥颗粒团聚现象的发生,减水率提高。
关键词:木质素磺酸盐;减水剂;改性;净浆流动度1 绪论1.1 减水剂概述减水剂(又名塑化剂)是一种重要的混凝土外加剂,是新型建筑材料支柱产业的重要产品之一。
自20世纪80年代起,国外就开始着手研发聚羧酸系减水剂。
它以石油化工产品为原料,因具有极高的减水率、极好的坍落度保持性和优异的增强效应,逐渐受到混凝土工程界的青睐。
1.1.1 木质素磺酸盐系减水剂木质素磺酸系减水剂主要是木质素磺酸钙减水剂( 以下简称木钙减水剂),是一种在混凝土中普遍采用的外加剂, 其主要成分木质素磺酸钙, 系由造纸厂的亚硫酸纸浆废液,经脱糖、聚合、浓缩而得的淡黄色粉末, 易溶于水, 无毒不燃。
试验研究表明, 木钙减水剂有三种使用情况:①与不掺外加剂的混凝土保持相同的坍落度时,减少用水量从而提高强度;②保持相同的用水量和强度时,改善混凝土的和易性, 提高流动性;③保持相同的强度时,减少单位水泥用量和用水量。
也就是说: 在保持坍落度不变的情况下,使混凝土单位用水量减少5%~20%; 在保持用水量不变的情况下, 可增大坍落度6~8 ㎝;在保持混凝土强度和坍落度不变的情况下,可节约水泥用量5%~20%。
改性木质素磺酸盐处理工业废水研究木质素磺酸盐是从碱法制浆废水中提取出来的具有苯丙烷结构的三维网状高分子化合物,是造纸工业的主要副产物,由于其结构比较复杂,衍生物种类繁多,过去很长一段时间被当做造纸污染物处理,这部分资源没有得到合理的利用。
随着研究的不断深入发现木质素磺酸盐本身就是一种亲水性的阴离子表面活性剂,加之其分子结构上的羟基、羧基、羰基、醇羟基、甲氧基、酮基等多种活性官能团,因此具有一定的分散、螯合、吸附及絮凝性能,作为水处理剂具有一定的理论依据,同时这些官能团也为木质素磺酸盐的改性提供了可能。
常见的木质素磺酸盐包括木质素磺酸钠、木质素磺酸钙和木质素磺酸镁。
木质素磺酸盐属可再生资源,改性后的木质素磺酸盐中的官能团增多,分子量增大,絮凝、吸附及螯合能力进一步增强,工业废水处理效果得到很大的提升。
以改性木质素磺酸盐处理工业废水能达到以废治废的目的,降低了工业废水的处理成本,目前改性木质素磺酸盐在电镀、印染、造纸及制药废水处理中效果甚好,因此开发改性木质素磺酸盐水处理剂具有一定的现实意义。
1工业废水处理机理研究改性木质素磺酸盐中多个基团上的氧原子的未共用电子对能与金属离子形成配位键,产生螯合作用,生成木质素的金属螯合物,再利用其他物理化学方法将其沉淀就能将水体中的重金属清除,同时还具有一定的吸附、脱色等作用。
改性木质素磺酸盐用作水处理剂通过吸附、絮凝、缓蚀、阻垢等多重作用来达到工业废水处理效果,改性后的木质素磺酸盐表面的阴离子增多,疏松结构表面使吸附和絮凝效果进一步增强,再加上其本身良好的缓蚀及阻垢性能作为水处理剂得到了研究者多方位的证实。
化学改性中的酚化、羟甲基化、氧化、环氧化、酚醛化、脲醛花、聚酯化等功能性改性均能提高木质素磺酸盐的吸附能力。
木质素磺酸盐的絮凝效果的提高主要通过交联及缩合反应引进的具有絮凝性能的官能团来实现,交联反应是用柔软的链段将多个木质素磺酸盐分子连接起来形成大分子,木质素磺酸盐的活性吸附点增多;同时还可通过羟甲基化、氧化、缩合、缩聚等反应来改变木质素磺酸盐的分子构型,增大分子量来提高絮凝效果。
接枝共聚是改性木质素磺酸盐研究最多的改性方法,在引发剂的作用下木质素磺酸盐骨架上会产生活性反应点,将具有絮凝及吸附性能的官能团在活性中心的作用下引发聚合形成支链,也可以通过辐射来提高接枝效率,接枝到的活性官能团越多,絮凝及吸附性能就越好。
纳米改性木质素磺酸盐是近年来改性木质素磺酸盐的又一新的研究领域,此方面的报道不多。
2工业废水处理效果研究改性木质素磺酸盐具有良好的吸附、絮凝和螯合作用,作为水处理剂可有效除去废水中的金属离子、悬浮物及有色物质,而且资源丰富,处理效果较好,在工业废水处理中具有很大优势。
2.1处理造纸废水造纸废水主要分为蒸煮废水、中段废水及造纸白水,蒸煮废水中有大量的有机物,废液色度深、COD高、悬浮物多并伴有硫醇类恶臭气味;漂白、筛选和净化产生的中段废水中污染物成分复杂,含有纤维素、半纤维素溶解物及添加的各种填料和胶料,属难生化降解废水,排放量大,同时还有很多有毒的有机氯化物,是造纸工业的主要污染源,处理难度高,常规方法处理难以达到排放标准;造纸白水的成分主要为细小纤维、填料、胶料及有一些造纸添加剂,相对来说污染较小,但是排放量也比较大,因此也不容忽视。
刘千钧[5]从有效地综合利用木质素这一天然可再生废弃资源的角度出发,对木质素磺酸盐与丙烯酞胺的接枝共聚反应进行了研究,并通过对木质素磺酸钙丙烯酞胺共聚物的曼尼希反应制备两性木质素絮凝剂LSDC,其能提高造纸混合污泥沉降速度、降低污泥含水率和污泥过滤比阻,效果优于对比样CPAM。
将LSDC应用于废纸脱墨废水的处理试验表明:LSDC对溶液COD的去除率低于60%,但在降低废水浊度方面有较好的效果。
木质素磺酸盐的复合改性是提高分子量,增加活性基团的有效方法之一,用于造纸废水处理时,更多的活性吸附点将会强化吸附及絮凝效果。
Area[6]等利用亚硫酸制浆废液中的木质素磺酸盐,采用2种季铵型阳离子单体,2种接枝共聚方法,得到阳离子型木质素,并将其用于纸浆污泥和污水的处理,效果较好。
乔瑞平[7]等选用聚合氯化铝(PAC)和木质素改性脱色絮凝剂(LDH)对制浆造纸废水进行了深度脱色处理研究。
实验结果表明,单独使用LDH或PAC处理该废水时,废水色度和CODcr的脱除效果不理想。
当PAC和LDH的投加质量浓度分别为400mg/L和5mg/L时,处理后废水色度和CODcr分别为33.3倍和84.88mg/L,满足国家造纸工业水污染物排放标准。
LDH具有良好的絮凝脱色和脱CODcr的能力,而且生产成本较低。
复配使用PAC和LDH不仅能降低投药量、还能提高处理效果,应用于制浆造纸工业废水深度处理的前景良好。
2.2处理电镀废水电镀工业是污染较严重的产业之一,废水排放量大,电镀过程产生的废水中往往含有多种重金属离子和氰化物,有些属致癌、致畸、致突变的剧毒物质,如果不加处理就直接排放将会严重污染水体。
重金属离子最终经过食物链在人体内积累,造成的环境污染及生命安全问题都不容小觑。
电镀废水中的重金属离子一般主要通过絮凝将其除去,因此寻找高效绿色的絮凝剂迫在眉睫。
丙烯酰胺接枝共聚在木质素磺酸盐中引入-CONH2,使得木质素磺酸盐的分子量增大从而增加了絮凝剂的活性吸附点,絮凝性能得到提升。
用此改性木质素磺酸盐处理电镀废水,当其用量为90mg/L,pH值控制在4~7,絮凝2h,在室温的条件下,可使电镀废水中的Cu2+、Zn2+、Pb2+和Ni2+去除率分别达到93%、90%、96%和90%以上。
电镀废水中的Cd2+在pH=7,改性木质素磺酸盐用量80mg/L,絮凝60min,室温条件下的去除率达到99%以上。
范娟等以木质素磺酸钙为原料,利用反相悬浮聚合技术制备的球状木质素基离子交换树脂对低浓度的Cr3+表现出良好的吸附性能,研究发现升高温度还能提高前期吸附速率,为改性木质素磺酸盐在电镀废水处理提供了参考。
以木质素磺酸钠和尿素为原料,釆用甲醛作交联剂,进行氧化预处理然后再进行胺化改性合成改性的木质素磺酸钠对铜、铅的吸附过程的效果最好。
吸附属于多孔固体物质单分子层慢吸附过程。
木质素磺酸钠与甲醛反相悬浮缩聚反应,以液体石蜡为分散相,添加少量的非离子型表面活性剂为分散剂,制备的木质素基吸附材料的外表呈凹凸不平状,具有疏松多孔的结构特征,含有较多的活性基团包括羟基、磺酸基、甲氧基和少量的羰基,有利于金属离子吸附。
对Pb2+和Cd2+的吸附速度快,室温下1h基本达到吸附平衡;温度升高,达到平衡吸附的时间越短;增加Pb2+、Cd2+溶液的初始浓度,木质素吸附材料的平衡吸附量会增大;吸附等温线符合Langmuir吸附方程,对铅的吸附饱和度和吸附能力大于对镉的吸附。
对木质素磺酸钠进行超声和搅拌处理,并加入一定量丙稀酰胺、三聚磷酸钠,可制成纳米木质素磺酸钠吸附剂,其分布均匀且性质稳定,表面具有凸凹不平、疏松、规则的球形的结构,有利于重金属离子的吸附。
对Cu2+、Cr6+、Pb2+的吸附率均大于98%,在同等条件下,纳米木质素磺酸钠制剂比木质素磺酸钠原剂具有更大的吸附量和吸附率,作为重金属吸附剂在水处理中具有很好的发展前景。
2.3处理印染废水印染是纺织工业废水产生的主要工段,印染废水排放总量占到了纺织行业废水排放总量的80%左右。
印染废水包含了各种类型的助剂、染料、整理剂等,抗光解、抗氧化和抗生物降解的染料的应用使得印染废水处理难度进一步增大,废水的COD高,水质复杂,使得印染废水处理成本急剧增加[15]。
改性木质素磺酸盐用于印染废水处理主要通过脱色及COD的变化来评价印染废水处理效果。
王自军[16]先将从造纸黑液中提取的木质素进行磺化,与丙烯酰胺接枝共聚得到木质素磺酸钠,再与甲醛、多胺作用,进行羟甲基化和胺甲基化反应后制得有机高分子絮凝剂。
处理印染废水效果较好且不会对模拟染料废液造成二次污染。
Donald的专利中用碱处理木质素来增加酚基,再胺烷化增加链长,然后用双酷试剂交联,最后得到阳离子表面活性剂,用其处理染料废水获得了良好的效果。
以木素磺酸钠为表面活性剂和结构导向剂通过水热法合成的纳米ZnO光催化剂对亚甲基蓝、偶氮染料刚果红和铬蓝黑R表现出较强的光催化活性。
以木素磺酸钙(LS)为表面活性剂通过液相沉淀法合成的纳米ZnO光催化剂高温煅烧后对甲基橙显示了优良的光催化活性,60min的降解率达到98%以上。
研究表明木质素接枝丙烯酸对活性染料苯胺有较强的吸附能力,通过调节吸附环境的pH值,碱木质素接枝丙烯酸对苯胺可实现吸附和脱附反应,可多次循环使用。
Liu等以木质素磺酸钙为原料制备了两性木素絮凝剂LSDC,并将其用于活性艳蓝X-BR、活性黄X-R、活性紫K-3R、活性黑K-BR等多种模拟印染的废水的脱色处理。
实验结果表明,LSDC对各种染料的脱色率在投加量在0~150mg/L范围内脱色率随投加量的增大而增大,不会造成二次污染。
同时投加量增加会引起废水CODcr的提高,投加量应该适当控制,不同种类的染料的脱色效果不同,但脱色率均在82%以上。
蒋玲以造纸污泥中提取的木质素为原料,合成了木素基阳离子絮凝剂,产物对几种模拟染料废水具有良好的脱色性能,其絮凝过程为静电中和及吸附桥连的双重作用。
经磺化制得木质素磺酸盐,再与用三乙胺和环氧氯丙烷反应制得的季铵盐单体接枝共聚合成出两性木质素絮凝剂对多种染料都具有良好的脱色效果,脱色率均达82%以上。
冷棉桃以碱法造纸过程中产生的污泥为原料,利用其中的木质素与亚硫酸钠和3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵(CHPT-MA)反应,制备出同时含有磺酸基和季铵基的两性絮凝剂,用其处理高浓度印染废水CODcr去除率最高可达72%。
2.4处理制药废水制药废水相对于其他工业废水而言因为原料成分复杂、生产过程多样、产品种类繁多等特点降解性差,因此水质变化也比较大。
药废水成分复杂,有机物含量高、分子质量大、水中的有毒物质和抗生素类对生化处理的菌种有很强的抑制作用,因此絮凝法成为制药废水处理的最佳选择,但是单独絮凝处理并不能达到国家规定的废水排放标准,今后要从高效絮凝剂和其他水处理技术联用来强化制药废水处理效果[24]。
李爱阳等制备的改性木质素磺酸盐处理100mL含有机物的制药废水2h,可使有机物废水的浑浊度、CODcr和UV254的去除率分别达97.4%,74.3%和61.4%以上。
改性有机高分子絮凝剂处理有机物废水的效果远高于传统的絮凝处理方法,且处理费用较低,具有很好的推广应用前景。
刘明华利用有机/无机复合型改性木质素絮凝剂MLF,处理抗生素类化学制药废水,并进行了絮凝条件的优选实验。
结果表明,当抗生素制药废水的pH值为6.0,絮凝剂的用量为120mg/L时,废水中CODcr、SS和色度的去除率分别达到61.2%、96.7%和91.6%。