耦合离子交换功能的高分子絮凝剂及其去除水中小分子溶解性有机物的研究

小分子溶解性有机物（DOM）在常规水处理工艺中去除率较低且可转化为毒性更强的物质，因而对水质和人体健康构成极大威胁。混凝过程可高效去除水中大分子憎水性有机物，但对小分子DOM去除率低，而离子交换树脂可去除小分子亲水性有机物。混凝和离子交换耦合可实现两种功能互补，提高常规水处理工艺对有机物尤其是小分子DOM的去除效率。本项目借鉴离子交换树脂富集分离水中有机污染物的原理，通过硅烷偶联剂将离子交换基团构筑到聚铝絮凝剂中，制备一种全新的耦合了离子交换功能的复合高分子絮凝剂。常规水处理工艺采用该絮凝剂可在混凝的同时通过离子交换去除小分子DOM。本项目拟研究该絮凝剂的制备技术、物化结构特征及其去除水中小分子DOM的性能；研究该絮凝剂的构效关系，从微观层面上揭示絮凝剂无机组分与有机离子交换基团的协同效应，阐明混凝和离子交换的耦合机制。本项目将为微污染水处理提供一种新方法，并促进此领域理论和技术快速发展。

本项目针对水中小分子溶解性有机物（DOM）在常规水处理工艺中难以去除这一问题，研究将离子交换和混凝耦合去除水中小分子DOM的可行性、实现方式和去除效能。本项目采用3-三乙氧基硅基丙基三甲基氯化铵和氯化铝合成了一种耦合离子交换功能的共价键复合高分子絮凝剂。通过引入特定的强碱性离子交换基团，使絮凝剂在混凝过程中不仅可以去除水中的憎水性大分子物质，还可以去除小分子溶解性有机物。应用多种仪器分析方法系统研究了共价键型复合高分子絮凝剂的制备参数对絮凝剂结构形态和荷电特征的影响，对其去除小分子DOM的性能进行了分析，最后研究了该絮凝剂去除小分子DOM的机理。主要研究结论如下：.　　以3-三乙氧基硅基丙基三甲基氯化铵为硅源的共价键型复合高分子絮凝剂具有较高的稳定性。与常规的硅铝复合絮凝剂相比，共价键型复合高分子絮凝剂保持稳定的Si/Al摩尔比上限和B值上限有了大幅提高。.　　制备的新型絮凝剂中有机组分和无机组分通过共价键结合，强碱性离子交换基团通过此共价键嫁接于絮凝剂中。新型絮凝剂的zeta电位随着Si/Al摩尔比的增大逐渐升高。新型絮凝剂聚集体与B值有关，较容易形成网状的密实结构或游离的聚合体，尺度在几十到几百纳米之间。.　　新型絮凝剂对常规污染物质的絮凝性能优异，可以高效去除水中的浊度及色度。B值和Si/Al摩尔比明显影响新型絮凝剂的混凝效果。新型絮凝剂可高效去除水中的双氯芬酸、水杨酸、PFOA等小分子DOM，而常规絮凝剂对这类物质几乎不能去除。新型絮凝剂对小分子DOM的去除效果随着Si/Al摩尔比和B值的增大而增大，去除效果基本不受体系pH影响。在小分子DOM接近环境浓度时，新型絮凝剂对其仍有很好的去除效果，表明该絮凝剂在废水深度处理或饮用水处理中具有有很大的应用潜力。.　　新型絮凝剂主要依靠离子交换和混凝两种机理耦合去除小分子DOM，离子交换作用使絮凝剂与小分子DOM相结合，再经混凝过程将小分子DOM从液相转移到固相进而去除。这与常规絮凝剂的絮凝机理明显不同。本研究为新型絮凝剂的研制开辟了一条新途径，为水中小分子DOM去除提供了一种简便、快速、高效的方法。