Agentes de tratamento de água à base de polímeros naturais multifuncionais

Agentes de tratamento de água，incluindo coagulantes / floculantes，agentes bactericidas，e inibidores de escala，desempenham papéis importantes no campo do tratamento de água． No entanto，os agentes tradicionais de tratamento de água geralmente têm apenas uma única função，que resultam em uma ampla variedade de agentes com altas doses， dispositivos complicados，e operações exigentes em aplicações reais． Desta forma，é de grande importância em pesquisas científicas e aplicações práticas para desenvolver agentes multifuncionais de tratamento de água contendo coagulação / floculação， bacteriostase / esterilização， e inibição de escala． Além disso， agentes de água à base de polímeros naturais têm recebido muito mais atenção recentemente devido às suas características vitais de alta eficiência，baixo custo，e respeito ao meio ambiente． É muito significativo desenvolver agentes de tratamento de água multifuncionais à base de polímeros naturais． No entanto，os dados de operação de campo em agentes de tratamento de água multifuncionais à base de polímeros naturais são muito limitados，e seu amplo uso aguarda experiência de operação de campo． Este artigo apresenta coagulantes / floculantes， agentes bactericidas，e inibidores de incrustação, bem como seus mecanismos de aplicação． Com base na relação estrutura-atividade，a realização de suas múltiplas funções e o desenvolvimento futuro foram discutidos em detalhes．

O mundo enfrenta atualmente um grave problema de escassez de água doce. Ao mesmo tempo, o aumento do número de vários tipos de descargas de esgoto tem agravado a situação de estresse hídrico. O agente de tratamento de água é uma classe importante de produtos químicos finos, na purificação e tratamento de águas residuais industriais e domésticas tem um papel importante. O uso em larga escala de agentes de tratamento de água não apenas fornece uma grande quantidade de água potável limpa e água industrial e agrícola para os seres humanos, alivia muito os riscos ambientais do esgoto, mas também mantém efetivamente o equilíbrio do ecossistema.

Especificamente, agentes de tratamento de água podem ser usados ​​para remover sólidos em suspensão, desodorizar e descolorir corpos d'água, inibir/esterilizar, suavizar a qualidade da água, inibe a formação de escamas, e reduzir os danos causados ​​pela água bruta ao equipamento, etc. Portanto, de acordo com suas características funcionais, agentes de tratamento de água podem ser divididos em coagulantes/floculantes, biocidas, inibidores de escala, inibidores de corrosão, e adsorventes, etc. Nos anos de prática de pesquisa, diante da complexa situação de vários tipos de corpos d'água, as pessoas geralmente precisam adicionar uma variedade de agentes de tratamento de água para atender aos requisitos de purificação. No entanto, a adição simultânea de uma variedade de agentes não só aumenta a dificuldade de operação, aumentando os custos de produção. E uma variedade de agentes também são fáceis de formar interferência entre si, afetando o efeito do tratamento. Além disso, os agentes químicos tradicionais no uso do processo inevitavelmente ocorrerão no resíduo de água, causando poluição secundária, aumentando o risco de segurança da água.

Portanto, o futuro dos agentes de tratamento de água deve ter tanto verde, eficiente, e multifuncional, e outras características importantes. O chamado agente de tratamento de água multifuncional refere-se à coagulação/floculação, inibição/esterilização, inibição de escala, etc. em duas ou mais funções do agente de tratamento de água. Essa coagulação / função de floculação é fundamental. A China realizou muito trabalho útil no desenvolvimento de agentes multifuncionais de tratamento de água. Polímeros naturais como material de base para o desenvolvimento de novos agentes de tratamento de água multifuncionais eficientes são, sem dúvida, de grande importância prática.

Além de coagulantes/floculantes e biocidas, inibidores de incrustação também são uma classe importante de agentes de tratamento de água. Seu principal papel é dispersar os sais inorgânicos insolúveis em água, para evitar ou interferir com sua precipitação e incrustação na superfície do metal para que o equipamento de metal mantenha um bom efeito de transferência de calor. Existem muitos tipos de inibidores de escala, que podem ser divididos em inibidores de escala de moléculas pequenas e inibidores de escala de moléculas altas.

O mecanismo de inibição de incrustações geralmente inclui complexação e solubilização, dispersão, distorção de rede, e efeito limitante da solubilidade. Esses mecanismos podem explicar melhor alguns dos fenômenos no processo de inibição de escamas, mas eles não são abrangentes o suficiente. No geral, múltiplos efeitos são sinérgicos, que afetam conjuntamente o efeito de inibição de escala final.

Embora os agentes tradicionais de tratamento de água geralmente tenham as vantagens de um bom desempenho, baixo custo, e operação estável, mas a maioria deles tem muitos riscos de segurança, inevitavelmente após o uso de resíduos de água no corpo de poluição secundária. Esta é, sem dúvida, uma necessidade urgente de materiais mais verdes e eficientes para substituir. Polímeros naturais são macromoléculas de animais naturais, plantar, e recursos microbianos, como celulose, amido, quitosana, e assim por diante. Eles podem ser facilmente decompostos na água, dióxido de carbono, etc. depois de ser descartado, e são materiais ecologicamente corretos porque estão amplamente disponíveis e não são tóxicos. Além disso, vale ressaltar que os materiais poliméricos naturais são recursos renováveis, que pode ser inesgotável. A modificação de polímeros naturais por métodos químicos ou físicos para produzir agentes de tratamento de água eficientes e ecologicamente corretos é, sem dúvida, de grande valor econômico e social..

Uma vez que as cadeias de polímeros naturais são ricas em grupos funcionais adequados para modificação química, da introdução acima de vários agentes de tratamento de água de polímero natural e seus mecanismos, podemos ver que diferentes grupos funcionais podem ser introduzidos quimicamente para alcançar e expandir as propriedades de tratamento de água de materiais poliméricos naturais de acordo com seus propósitos de aplicação. Próximo, alguns métodos comuns de modificação química adequados para materiais poliméricos naturais são brevemente apresentados, como a eterificação, aminação, esterificação, acilação, copolimerização de enxerto, oxidação, e reação de Mannich, etc.

De um modo geral, coagulação/floculação, esterilização, e inibição de escamas estão no mecanismo de ação ou há grandes diferenças. Por exemplo, em termos de peso molecular, floculantes além de neutralização elétrica, mas também enfatizar o papel de ponte, captura líquida, que geralmente pode ser alcançado aumentando o peso molecular do agente; e para o efeito de esterilização, um pequeno peso molecular do bactericida parece ter uma atividade mais forte, mais fácil destruir a membrana celular na célula efetivamente matar as células; e para inibição de escala

Para inibição de escala, inibidores de escala de baixo peso molecular também tendem a mostrar melhor desempenho do que inibidores de escala de grande peso molecular.

No entanto, estudos de longo prazo descobriram que coagulantes/floculantes, biocidas, e inibidores de incrustação ainda têm muitas características comuns, especialmente os grupos funcionais característicos. Biocidas de amônio quaternário e floculantes catiônicos fortes contêm um grande número de grupos de amônio quaternário, que têm bons efeitos de coagulação bactericida e eletroneutralizante devido à carga negativa da maioria das bactérias e partículas coloidais no corpo de água. Descobriu-se que uma variedade de floculantes tem um bom efeito de floculação em simbiontes algas-bactérias em águas residuais de cultura, e a taxa de remoção de Chlorella pode atingir 90%-98%. A melhor taxa de floculação de Chlorella pode atingir 90%-98%, e a melhor taxa de floculação de Chlorella pode chegar a mais de 80%. Inibidores de incrustação poliméricos orgânicos e floculantes aniônicos Inibidores de incrustação de polímeros orgânicos e floculantes aniônicos geralmente contêm grupos funcionais aniônicos, como grupos de ácido carboxílico, grupos de ácido sulfônico, etc., para que tenham a possibilidade de inibição de incrustação e floculação.

Resumindo, a semelhança de grupos funcionais ativos fornece uma base importante para o desenvolvimento de agentes multifuncionais de tratamento de água, e esses grupos funcionais ativos, como Esses grupos funcionais ativos, como grupos de amônio quaternário, grupos de ácido carboxílico, grupos de ácido sulfônico, etc., pode ser facilmente introduzido na cadeia polimérica, e a preparação de agentes de tratamento de água poliméricos naturais multifuncionais é totalmente possível. Por outro lado, embora as distribuições de peso molecular necessárias para alcançar diferentes funções sejam diferentes, eles se sobrepõem e não são completamente independentes. Com o desenvolvimento de pesquisas, alguns inibidores de escala de grande peso molecular e biocidas são gradualmente encontrados, que também têm funções de floculação. Além disso, através do mesmo agente com composição de peso molecular diferente, o uso do mesmo agente com composição de peso molecular diferente (isso é, o peso molecular de cada componente do agente é diferente) pode compensar os defeitos de um único agente de tratamento de água de peso molecular, enquanto realiza a multifuncionalização

Atualmente, a pesquisa sobre a multifuncionalização de agentes de tratamento de água poliméricos naturais ainda está em fase inicial, longe de ser sistemático e abrangente. Isso é tanto certos fatores objetivos, como a complexidade das condições reais da água, estrutura molecular do agente de tratamento de água (como peso molecular, grupos funcionais, etc.) na floculação, inibição/esterilização, e inibição de Existem alguns fatores objetivos, como a complexidade das condições reais da água, a estrutura molecular do agente de tratamento de água (por exemplo., peso molecular, grupos funcionais característicos, etc.) na floculação, inibição/esterilização, e inibição de escala, etc., e também há razões para que o mecanismo de tratamento de água não seja suficientemente profundo. Figura 6 mostra o efeito da floculação - inibição/esterilização - relação de inibição de escala. Dada a necessidade urgente de pesquisa e desenvolvimento de agentes de tratamento de água verdes e eficientes no futuro, e os próprios polímeros naturais têm uma ampla gama de fontes, baixa toxicidade, são fáceis de degradar, rico em grupos funcionais ativos.

Se pudermos aproveitar ao máximo essas vantagens e desenvolver polímeros naturais multifuncionais, podemos desenvolver efetivamente polímeros naturais. Se isso pode ser totalmente utilizado, o desenvolvimento de agentes de tratamento de água de polímeros naturais multifuncionais pode efetivamente superar e evitar as limitações da função tradicional do agente de tratamento de água e a potencial poluição secundária de corpos d'água. Portanto, pode-se dizer que o agente de tratamento de água de polímero natural multifuncional tem um amplo espaço para desenvolvimento.