新型阳离子树枝状淀粉基絮凝剂CL-CS-G高效缓解染料废水超滤膜污染机制研究

针对染料废水处理中超滤(UF)膜污染严重制约应用的问题，研究人员设计了一种新型阳离子树枝状淀粉基絮凝剂CL-CS-G。通过连续絮凝-UF处理酸性绿25(AG25)模拟废水实验，发现该絮凝剂较传统PAC具有更低水通量损失(91.2%不可逆污染阻力降低)和更优经济性，其独特超支化结构通过桥联-扫掠协同电荷中和作用形成疏松多孔滤饼层，为环境友好型膜污染控制提供了新策略。

　　

纺织印染行业作为传统高耗水产业，每年排放大量含芳香族染料的废水，这些具有复杂强化结构的染料不仅难降解且毒性显著，对生态系统构成严重威胁。尽管超滤(UF)技术因其节能、操作简单等优势成为染料废水深度处理的热门选择，但膜污染导致的通量下降、运行成本增加等问题始终制约其广泛应用。传统预处理方法如聚合氯化铝(PAC)等无机絮凝剂虽成本低廉，但存在金属离子残留风险；而合成高分子絮凝剂如聚丙烯酰胺(PAM)则面临单体毒性隐患。天然高分子絮凝剂虽具环境友好特性，但对水溶性染料的去除效率有限。

针对这一技术瓶颈，研究人员创新性地将树枝状聚合物的超支化结构特性与淀粉的天然优势相结合，设计出阳离子树枝状淀粉基絮凝剂CL-CS-G。该材料通过丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)在交联剂存在下的接枝共聚获得，其分子结构经FTIR和¹
H NMR验证。研究团队系统比较了CL-CS-G与其线性类似物CS-G及传统PAC在处理AG25模拟废水时的性能差异，结合膜通量变化、阻力分布、接触角测试及分子动力学(MD)模拟，揭示了其高效缓解膜污染的机理。

关键技术方法
研究采用接枝共聚法制备CL-CS-G，通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振氢谱(¹
H NMR)表征结构；利用动态光散射(DLS)测定流体力学尺寸；采用死端超滤系统评估膜污染行为；结合原子力显微镜(AFM)分析膜表面形貌；运用分子动力学模拟解析絮凝剂-染料相互作用机制；并拓展验证了其对酸性蓝40(AB40)、活性蓝19(RB19)及模拟实际染料混合物的处理效果。

研究结果

1. 材料特性：CL-CS-G的流体力学尺寸和分子量显著大于线性CS-G，交联结构赋予其更疏松的网状构象和丰富末端基团。
2. 絮凝性能：在最佳投加量(10 mg/L)下，CL-CS-G对AG25的去除率达93.5%，较PAC提高27.8%，且形成的絮体尺寸更大(中值粒径增加42.3 μm)、结构更疏松。
3. 膜污染控制：CL-CS-G预处理使不可逆污染阻力降低91.2%，水通量恢复率达98.7%，AFM显示膜表面滤饼层孔隙率提高3.2倍。
4. 机理解析：MD模拟表明CL-CS-G通过电荷中和、氢键和疏水作用协同捕获染料分子，其超支化结构产生的"桥联-扫掠"效应促进形成疏松絮体。
5. 应用拓展：对AB40和RB19的去除率分别达89.2%和85.7%，在含高浓度无机盐的模拟实际废水中仍保持82.4%的稳定效率。

结论与意义
该研究证实CL-CS-G通过其独特的超支化结构实现三重优势：(1)增强的桥联-扫掠效应提升染料捕获效率；(2)形成疏松多孔滤饼层减轻膜孔堵塞；(3)环境友好特性避免二次污染。五轮重复使用实验显示膜通量恢复率始终>95%，结合其原料成本较PAC降低34.5%的经济性分析，CL-CS-G为染料废水处理提供了兼具高效性、可持续性和实用性的预处理方案。这项发表于《Journal of Environmental Sciences》的成果不仅为缓解UF膜污染提供了新材料设计思路，也为工业废水处理的绿色化转型提供了技术支撑。