聚乙烯醇聚合物发泡材料在污水处理中的研究应用
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聚乙烯醇聚合物发泡材料在污水处理中的研究应用

02月01日 208

当前,作为制约人类生存和经济发展的水资源受到更大程度的保护,水污染治理也得到了高度的重视。由于工业废水中常含有多种有毒物质,对环境和人体有很大危害,因此要开发综合利用,采取科学的净化措施才可排放,化害为利。

 

工业废水中存在一定的有害污染物质。研究表明,造成水污染的污染物中,重金属占据主导地位,一些重金属对人体健康和生态环境构成了严重威胁。尤其是化工废水中有些含有如氰、酚、砷、汞、镉或铅等有毒或剧毒的物质,以及无机酸、碱类等刺激性、腐蚀性的物质,在一定的浓度下对生物和微生物产生毒性影响。环境中的铜离子很容易通过食物链进入人体中,会引起头痛、呼吸困难、引起血管内溶血、损伤神经系统,对人体健康造成严重的威胁。

聚乙烯醇微孔发泡材料

聚乙烯醇微孔发泡材料

 

基于这些危害,发泡材料因特有的吸附过滤功能成为工业污水处理设备中的目标用材。在工业污水处理工程中,聚乙烯醇(PVA)是常用的高分子聚合物,其具有良好的水溶性、黏附性、机械性能和稳定性,广泛应用于纺织、食品和医药等行业。近些年来,聚乙烯醇聚合物发泡材料多被用到工业污水和城市废水处理的研究应用中。

 

在有关公开的聚乙烯醇聚合物发泡材料用于污水处理的研究中,多以聚乙烯醇为原料,配以甲醛、淀粉、半纤维素、竹炭、聚丙烯酸、生物炭、海泡石、水滑石、坡缕石水等聚合物,再经发泡处理制备。不仅具有强吸水性,而且能够通过吸附污渍实现净化除污。可以有效处理工业废水中的各种有害物质(生物毒性或致癌性),为社会倡导的高效、节能的处理水体污染措施找到了可行性方案。针对污水处理的实际需求,本文仅限于对几种公开的聚乙烯醇聚合物发泡材料类型做有关介绍,如淀粉基、碳纳米管改性的水凝胶、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩甲醛壳聚糖、生物炭等材质的聚乙烯醇聚合物发泡材料。

浙江理工大学

图源:浙江理工大学

 

淀粉基聚乙烯醇聚合物发泡材料适用于污水处理 。该类发泡材料主要由包含半纤维素和海泡石的材料制备而成。利用半纤维素增强、增韧的作用,以及海泡石优异的亲水性能和力学性能,将半纤维素和海泡石穿插于聚乙烯醇与淀粉形成的水凝胶材料中,再经发泡处理而成。具有比表面积大,结构稳固,过滤分离和吸附效率好,同时具有优异的亲水性能和力学性能,能吸附废水中的悬浮颗粒和污渍,并有脱除异味和脱色的效果,适用于污水处理技术。 

 

用碳纳米管改性的聚乙烯醇聚合物发泡材料可以对工业污水中的重金属进行吸附。发明思路是鉴于碳纳米管具有管状结构和大的比表面积,其高吸附能力和很高的表面活性,使它成为独特的多功能吸附剂。该版本的聚乙烯醇聚合物发泡材料,是利用腐殖酸和海泡石的增强作用,将腐殖酸和海泡石均匀的穿插于聚乙烯醇、甲基丙烯酸和聚乙二醇形成的三维网状水凝胶材料中,形成对重金属离子吸附效率好、吸附量大,而且结构稳固、力学性能优异的水凝胶发泡材料。试验表明,净化去污能力好,不仅可以处理城市生活废水和畜禽养殖废水,同时还可以处理工业废水,如电镀、纺织、印染、化工、制药等工业排放的废水,特别是不易生物处理的废水,并且可以回收废水中的贵金属、稀有金属等。此外本发泡材料还是杀菌药物的优良载体,适用于需要杀菌的场合。

聚乙烯醇缩甲醛海绵 

聚乙烯醇缩甲醛海绵 

 

传统的污水处理材料很多不可降解,容易对周围环境造成污染。天然高分子材料对生物无毒,传质性能好,但强度低,厌氧条件下易被微生物分解,寿命短。合成高分子材料强度高,化学稳定性好,但传质性能差。因此,将天然高分子材料秸秆纤维和合成高分子材料聚乙烯醇聚合物发泡材料——聚乙烯醇缩甲醛(PVFM)发泡材料用来处理污水,既能有良好的传质性能。又能拥有强度高、化学稳定性好的优点。

 

该实验中采用机械打泡法和化学发泡法制备的聚乙烯醇缩甲醛发泡材料孔分布良好,孔径重复率性,对废水的 COD 和氨氮都有较高的去除能力,稳定后COD去除效果可达90%以上,氨氮去除效果可达96%以上。因此也可作为污水处理的潜在方案。

河北科技大学 

图源:河北科技大学 

 

聚乙烯醇缩甲醛壳聚糖聚合物发泡材料的制备进一步丰富了工业废水处理中的解决方案。聚乙烯醇缩甲醛发泡材料具有丰富的开孔结构,较好的力学强度和耐磨性,以及生物相容性。被用作清洁材料、过滤材料、吸收剂和功能性的吸附材料。壳聚糖是含多种整合机的天然生物聚合物,能通过整合作用或离子交换除去废水中的金属离子和燃料等有害物质。通过这两种材料制备的聚乙烯醇缩甲醛壳聚糖聚合物发泡材料含有一定量的氨基,且孔径较大,接触面积较大,克服了传统吸附剂及壳聚糖对重金属离子吸附速率较慢的缺点。实验表明,聚乙烯醇缩甲醛壳聚糖聚合物发泡材料吸附金属离子后可以在几分钟内快速解吸附,经过5次循环之后,对 Pb2+ 和 Cu2+仍然表现出相对良好的吸附能力。可见是一种能用于污水处理的理想吸附剂。该方法操作方便,吸附后处理简单,丰富了为工业废水处理提供依据和方法。

高分子材料工程国家重点实验室(四川大学)

图源:高分子材料工程国家重点实验室(四川大学)

 

我国大多数城镇污水处理厂出水质标准不高,出水中仍含有较多的污染物质,进入水体后会造成水体富营养化,对环境造成一定的影响。填料的性能直接决定污染物去除率,传统的填料或多或少存在着比表面积小、挂膜困难、生物量比较少且生物膜易脱落,处理效率不高等问题。生物炭聚乙烯醇缩甲醛聚合物发泡材料,可以作为污水处理填料应用,比表面积大,挂膜快,具有良好的亲水性亲生物性,表面生物量大且种类丰富,污泥量少不堵塞,与传统填料相比有着巨大优势,在污水处理厂提标改造及改扩建领域具有重大意义。

生物炭聚乙烯醇缩甲醛聚合物发泡材料

生物炭聚乙烯醇缩甲醛聚合物发泡材料 图源:浙江工业大学

 

相较于传统的技术,如将聚合物吸附填料直接共混于树脂中,或者直接用吸附性物质制成复合吸附剂,研究新型的聚乙烯醇聚合物发泡材料成为污水处理绿色发展的重要方向。国内外的聚乙烯醇发泡技术发展均比较成熟,并且得到了一定规模应用,对解决工业污水处理、建设环保型社会做了应有之义。目前,针对聚乙烯醇聚合物发泡材料在工业污水处理中的应用,各大专业院校和研究所以及污水处理公司都有研究,制作材料技术、装备和价格也具有普惠性和实用性,但仍需要在今后的实际工业污水处理中对材料的性能进行规模化验证和优化。

 

Interfoam相信随着社会进步、科技发展以及工业污水处理需求的提升,聚乙烯醇聚合物发泡材料会得到应有的价值。同时,Interfoam也继续关注发泡材料在工业污水处理的新技术和新应用,不断为有急迫需求的客户送上福利。

 

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上海国际发泡材料技术工业展览会

2021.04.28-30

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  • 开展时间
    2021年04月28-30日
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