LUM穩(wěn)定性分析儀在絮凝劑產品中的應用

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：使用天然聚電解質殼聚糖（CH2500）與生物相容性熱敏聚合物聚（n-乙烯基己內酰胺）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    

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，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調節(jié)pH值。通過改變天然聚電解質殼聚糖（CH2500）與生物相容性熱敏聚合物聚（n-乙烯基己內酰胺）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    

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，未出現絮凝。    

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，且出現絮凝體。

3，2，絮凝效果量化分析    

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，組合絮凝劑的效果更優(yōu)，高溫下的絮凝效果更優(yōu)。    

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℃.

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，組合絮凝劑的效果更優(yōu)，高溫下的絮凝效果更優(yōu)。    

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。