LUM穩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，使其處于不穩定狀態，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）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監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過程，又可對樣品間的不穩定性指數，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，即樣品越不穩定，絮凝效果越好。可以發現，組合絮凝劑的效果更優，高溫下的絮凝效果更優。    

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，即樣品越不穩定，絮凝效果越好。可以發現，組合絮凝劑的效果更優，高溫下的絮凝效果更優。    

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穩定性分析儀可以對絮凝效果進行很好的表征。