随着人口的快速增长和工业经济的发展,引起的水资源紧缺和水污染问题受到了社会的普遍关注。我国对环境保护和治理高度重视,坚持预防为主、综合治理,着力推进水污染防治。在水处理过程中,混凝主要去除水体中的悬浮胶体颗粒。而絮凝剂作为混凝法的关键,其混凝性能的好坏决定了水处理效果。壳聚糖基絮凝剂具有来源广泛、含官能团多、毒性低的优势,成为絮凝剂领域的研究热点。通过引入绿色、高效、经济、适用性广的壳聚糖(CS)可增加有机高分子絮凝剂的生物降解性和壳聚糖的资源化利用途径。本研究针对壳聚糖自身溶解性差、单独使用混凝能力较弱的缺点,以2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸(AMPS)和[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(SPE)作为阴离子单体和两性单体,通过热引发和紫外光引发对壳聚糖进行接枝共聚改性,分别合成得到阴离子壳聚糖基絮凝剂(CS-g-P(A M-AMPS))和两性壳聚糖基絮凝剂(CS-g-P(AM-SPE))。本研究对壳聚糖基絮凝剂合成条件进行优化,并采用多种表征方法研究合成絮凝剂的分子组成、结构和特性,最后深入研究它们对不同水体污染物的混凝去除性能和混凝机理。论文主要研究内容和结论如下:(1)以CS、丙烯酰胺(AM)和AMPS为原料,硝酸铈铵为引发剂,在热引发方式下进行接枝共聚,得到CS-g-P(AM-AMPS)。试验明确主要反应影响因素对产物特性粘度、分子量、接枝率和接枝效率的影响,从而确定CS-g-P(AM-AMPS)的最佳合成条件。通过红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、核磁共振氢谱(¹H NMR)对絮凝剂进行表征,结果显示在壳聚糖主链上的-NH₂或C-OH活性位点上与AM和AMPS发生了接枝共聚反应。CS-g-P(AM-AMPS)中富含磺酸基(-SO₃H)、羟基(-OH)、酰胺基(-CO-NH₂)等官能团。通过差热-热重(TG/DSC)分析发现,CS-g-P(AM-AMPS)具有良好的热稳定性。(2)将CS-g-P(AM-AMPS)与无机絮凝剂PAFC复配,考察了其对模拟赤铁矿废水的混凝效果,试验结果表明CS-g-P(AM-AMPS)具有较好的处理效果。CS-g-P(AM-AMPS)的加入比单独投加PAFC时浊度去除率有所提高,浊度去除率达到98.68%;且其所产絮体更大,具有更高的沉降效率。同时,赤铁矿废水中溶解的重金属在CS-g-P(AM-AMPS)中磺酸基团的螯合作用下被部分去除,最高去除率达到49.2%。通过对废水处理后上清液Zeta电位的变化、絮体粒径分布及表观形态分析发现,CS-g-P(AM-AMPS)在混凝过程中主要发挥吸附架桥和网捕卷扫作用,其电中和作用较弱。(3)将絮凝剂CS-g-P(AM-AMPS)应用于模拟饮用水的处理,并结合Zeta电位对混凝机理进行分析。结果表明PAC与CS-g-P(AM-AMPS)复配,在CS-g-P(A M-AMPS)低投加量下就能得到较好的处理效果,其对胶体颗粒、天然有机物(NO M)及溶解性有机物(DOM)去除率均高于单独市售PAC和PAC+PAM使用时对污染物的去除率;且其所产絮体具有更快的沉降速率,絮体在5 min内能沉降完全。同时,PAC与CS-g-P(AM-AMPS)复配絮凝剂在弱酸性和中性p H环境中混凝效果最优。在模拟饮用水的处理中,PAC主要起电荷中和作用,CS-g-P(AM-AMP S)与NOM/DOM中的相反电荷发生电荷吸引,从而加强了桥接和吸附作用,同时DOM通过与胶体粒子共沉降而被去除。(4)以CS、AM和SPE为原料,VA-044为引发剂,在紫外光照射下引发进行接枝共聚反应,得到CS-g-P(AM-SPE)。试验对主要反应因素进行优化,从而确定絮凝剂CS-g-P(AM-SPE)的最佳合成条件。通过FTIR、XPS、¹H NMR对CS-g-P(AM-SPE)的组成结构等进行分析,证明其具有-N⁺-、-SO₃^-、-OH、-CO-NH₂、-O-C=O-等官能团;差热-热重(TG/DSC)分析表明CS-g-P(AM-SPE)具有良好的热稳定性。(5)将CS-g-P(AM-SPE)分别应用于高浊度的高岭土悬浮液、腐植酸钠(Na HA)和黄腐酸(FA)模拟水体的混凝处理。结果表明,CS-g-P(AM-SPE)在低投加量下时就能对上述污染物达到良好的去除效果,CS-g-P(AM-SPE)对污染物的去除率均高于市售PAM,且絮体更大、更密实,所产絮体沉降效率更高。通过Zeta电位和粒径分布综合分析,表明CS-g-P(AM-SPE)在混凝过程中主要起强的电中和作用,另外有一定的吸附架桥和网捕卷扫的作用。