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LUM穩(wěn)定性分析儀在絮凝劑產(chǎn)品中的應用

更新更新時間:2023-12-07      點擊次數(shù):663

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絮凝劑主要是帶有正(負)電性的基團和水中帶有負(正)電性的難于分離的一些粒子或者顆粒相互靠近,降低其電勢,使其處于不穩(wěn)定狀態(tài),并利用其聚合性質(zhì)使得這些顆粒集中,并通過物理或者化學方法分離出來。一般為達到這種目的而使用的藥劑,稱之為絮凝劑。絮凝劑主要應用于污水處理,廚房油污處理,造紙等領域。

絮凝劑的品種繁多,從低分子到高分子,從單一型到復合型。如何選擇合適的絮凝劑組合或用量,調(diào)整pH等將在很大程度上影響絮凝劑的使用效果。本文利用LUM穩(wěn)定性分析儀研究了一種在固液分離過程中更快更好絮凝的新策略:使用天然聚電解質(zhì)殼聚糖(CH2500)與生物相容性熱敏聚合物聚(n-乙烯基己內(nèi)酰胺)的復合絮凝劑,研究其在二氧化硅分散體(Aerosil OX50)模型中的使用效果。通過這種策略,我們設想通過加熱,利用熱敏聚合物的親水-疏水轉變,來加快絮凝過程,降低沉積物的含水量,提高絮凝效率。


1,測試原理    

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Fig1 Test Principle

使用近紅外光源(或多光源系統(tǒng))不斷照射整個樣品,在樣品離心加速分離的同時,與光源平行的檢測器隨時間連續(xù)監(jiān)測并反應樣品的透光率變化,從而形成樣品在分離過程的空間和時間透光率圖譜。通過配套的分析軟件,既可定性分析樣品詳細的失穩(wěn)過程,又可對樣品間的不穩(wěn)定性指數(shù),界面分層,顆粒遷移速度,粒度和分布等進行定量分析和比較。


2,樣品和測試條件

2,1,樣品制備:固體含量為0.1%(w/v)的二氧化硅水性分散體(Aerosil OX50)

超聲處理15min,然后劇烈攪拌1h,用氯化氫HCl調(diào)節(jié)pH值。通過改變天然聚電解質(zhì)殼聚糖(CH2500)與生物相容性熱敏聚合物聚(n-乙烯基己內(nèi)酰胺)的添加比例,以及改變測試溫度來研究比較絮凝效果。

2,2,測試條件:LUMiSizer® 611,不同測試RPM,溫度和時間


3,測試結果

3,1,透光率圖譜    

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Fig. 1 Transmission Profile

圖1是未添加絮凝劑的二氧化硅分散體(pH5.6)在3000RPM,25℃,1000s的測試條件下的透光率指紋圖譜。橫坐標對應樣品管的位置,左邊是樣品管頂部,右邊是樣品管尾部。我們發(fā)現(xiàn)未添加絮凝劑的二氧化硅分散體在實驗過程中,頂部透光率逐漸增加,底部透光率值低,即顆粒出現(xiàn)了沉降行為。且譜線斜率平緩,是典型的多分散沉降過程,未出現(xiàn)絮凝。    

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Fig. 2. Transmission profiles of Aerosil OX50 at 300 rpm and T 25℃:

(a) Aerosil OX50 + 0.2mg/g CH2500 and (b) Aerosil OX500 + 2mg/g CH2500 + 0.8mg/g PNVCL

圖2是同樣測試條件下,在二氧化硅水性分散體(Aerosil OX50)(pH5.6)中只添加0.2mg/g CH2500(a)和添加0.2mg/g CH2500+ 0.8mg/g PNVCL(b)組合絮凝劑的透光率指紋圖譜。我們發(fā)現(xiàn)添加了絮凝劑的二氧化硅分散體在沉降過程中譜線斜率陡峭,是典型的區(qū)域沉降過程,且出現(xiàn)絮凝體。

3,2,絮凝效果量化分析    

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Fig. 3. Integral transmission versus time of Aerosil OX50 in presence of CH2500 and combination of CH2500 and PNVCL at pH 2 , 300 rpm and T 25℃ and 45℃.        

圖3是在二氧化硅分散體(pH2)中添加不同組合的絮凝劑,在300RPM,25℃&45℃,1000s的測試條件下的整體透光率隨時間的變化。整體透光率變化的速率越快,即樣品越不穩(wěn)定,絮凝效果越好??梢园l(fā)現(xiàn),組合絮凝劑的效果更優(yōu),高溫下的絮凝效果更優(yōu)。    

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Fig. 4. Position of the sediment versus time of Aerosil OX50 in presence of CH2500 and combination of CH2500 and PNVCL at pH 2 , 300 rpm and T 25℃ and 45℃.

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圖4和表1分別是在二氧化硅分散體(pH2)中添加不同組合的絮凝劑,在300RPM,25℃&45℃,1000s的界面沉降位置隨時間的變化以及沉降速率。沉降速率越快,即樣品越不穩(wěn)定,絮凝效果越好??梢园l(fā)現(xiàn),組合絮凝劑的效果更優(yōu),高溫下的絮凝效果更優(yōu)。    

圖片Fig. 5. Proposed flocculation-compaction mechanism for the use of a combination of chitosan and PNVCL for solid liquid separation of silica dispersions.

圖5提出一種了殼聚糖和PNVCL組合用于二氧化硅分散體固液分離的絮凝壓實機理。

          

4,小結

結果表明,與僅使用聚電解質(zhì)殼聚糖CH2500相比,添加溫度敏感的生物相容性PNVCL使沉降速度有所增加,并且在45℃的溫度下產(chǎn)生了一種緊湊的沉積物,與僅使用CH2500相比,沉積速度提高了一倍。這是由于PNVCL的溫度敏感性行為,即在高于一定溫度的情況下可使相分離更快排出水,導致絮體壓實。通過改變聚合物的結構、支化度和疏水性來改善絮凝劑性能,可能也是將來的研究趨勢。利用LUM穩(wěn)定性分析儀可以對絮凝效果進行很好的表征。

      


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