本发明专利技术公开一种聚合钛盐改性壳聚糖絮凝剂、其制备方法及应用，絮凝剂将含钛化合物与强酸水溶液混合反应，得到酸性钛盐水溶液并进行冷却，对冷却后的酸性钛盐水溶液进行稀释后，加入有机碱进行反应以调节反应体系的碱化度，随后加入锌盐、铝盐、钙盐或铁盐进行搅拌反应，搅拌反应1~60 min后向反应溶液中加入有机壳聚糖单体、烯烃类功能性有机单体和稳定剂，继续反应1~3 h，反应结束后于20℃~60℃水浴条件下熟化1~48 h，制得所述聚合钛盐改性壳聚糖絮凝剂。所述絮凝剂能够用于对废水中微溶有机物进行去除处理。本发明专利技术絮凝剂处理后的出水完全符合《生活饮用水卫生标准》的要求，对多种微溶有机物的去除率都高达80%以上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及混凝处理领域，尤其涉及一种聚合钛盐改性壳聚糖絮凝剂、其制备方法及应用。
技术介绍
现有饮用水的主要处理工艺为混凝—沉淀—过滤—消毒，混凝剂性能的优劣决定了水处理效果的好坏和水处理成本的高低。在现有絮凝剂中，无机絮凝剂具有价格低廉，最佳投药范围宽等优点，但存在吸附架桥能力弱，投药量较多等缺点。目前用到的无机混凝剂主要有铝基混凝剂和铁基混凝剂，但单一混凝剂在各自水处理应用中会表现出劣势，如铝基混凝剂所产生的余铝残留对人类会造成神经性毒性，而余铁的残留会表现出较高的色度和腐蚀性，不利于处理后水体的输送和直接使用。钛基金属混凝剂由于其无毒、絮体大、对有机物去除率高等优势，在近年来受到广泛的关注和研究，但是高昂的成本限制了其大规模生产应用。有机絮凝剂虽然吸附架桥能力强，产品稳定性好，但处理成本高，而且一部分难生物降解，有些还具有一定毒副作用。综上，无机絮凝剂和有机絮凝剂两类絮凝剂各自的优缺点以及两者在性能和成本上的互补性，表明制备新型无机－有机复合絮凝剂的必要性及其良好的应用前景。无机－有机复合絮凝剂能克服使用单一絮凝剂的许多不足，在降低处理成本的同时提高絮凝性能。在现有无机-有机复合絮凝剂的研究中,主要为铝与聚丙烯酰胺复合而成的絮凝剂在国内应用研究较多。但是由于残留的丙烯酰胺单体和残留铝的毒性问题,以及聚丙烯酰胺的昂贵价格,使它们的使用受到限制。因此大力发展高生态安全、低健康风险的无机-天然高分子复合絮凝剂来代替铝与聚丙烯酰胺絮凝剂已成为无机-有机复合絮凝剂开发的热点。目前无机—有机复合混凝剂主要是将无机物与天然有机物或人工合成有机物进行混合，例如公开号为CN103253751A的专利《一种无机-有机多元复合絮凝剂及其制备方法和用途》中，无机-有机多元复合絮凝剂由9种原料混合制得，其成分复杂、稳定性较差，难以进行大规模工业化生产，应用也较少。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术要解决的技术问题是：针对现有技术中无极-有机多元复合絮凝剂成分复杂、稳定性差、处理效果不好的问题，怎样提供一种具有絮凝效果好、反应速度快、沉降速率快、去除率高、pH适用范围广特点的聚合钛盐改性壳聚糖絮凝剂及其制备方法。本专利技术还提供了上述聚合钛盐改性壳聚糖絮凝剂用于对废水中微溶有机物进行去除方面的应用。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种聚合钛盐改性壳聚糖絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：1）将含钛化合物与0.01mol/L~2.0mol/L的强酸水溶液混合反应1~120min，得到酸性钛盐水溶液，对所述酸性钛盐水溶液进行冰水浴冷却1~60min；其中，含钛化合物与强酸水溶液的质量体积比为0.01~50g:0.1~1000mL；2）将步骤1）冷却后的酸性钛盐水溶液用水稀释至其中酸性钛盐的浓度为0.1~30mol/L，向稀释后的酸性钛盐水溶液中加入0.01~1.0mol/L的碱溶液反应1~60min；所述碱溶液由丁基锂、二异丙基氨基锂、氢氧化钠、氢氧化钾和水按照1g:2~10g:1~2g:1~2g:10~1000mL的质量体积比混合而成，其中，所述丁基锂与所述酸性钛盐水溶液中酸性钛盐的质量比为1:100~400；3）向步骤2）加碱反应后的溶液中加入氯化锌、硫酸锌、氯化镁、硫酸镁、氯化钙、硫酸钙、氯化铁、硫酸铁、氯化亚铁、硫酸亚铁、氯化铝、硫酸铝和硫酸铝钾中的一种或多种，进行搅拌反应；其中，本步骤中添加物质的添加量与所述酸性钛盐水溶液中酸性钛盐的质量比为1:0.1~100；4）待步骤3）搅拌反应1~60min后，向反应溶液中加入有机壳聚糖单体、烯烃类功能性有机单体和稳定剂，继续反应1~3h；其中，所述有机壳聚糖单体、烯烃类功能性有机单体、稳定剂与反应溶液的质量体积比为0.5~20g：1~60g：0.01~1g：10~1000mL；所述烯烃类功能性有机单体包括N-(N,N-二甲氨基亚甲基)甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸N,N二甲氨基乙酯、可聚合叔胺、水解聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺或聚氧化乙烯；所述稳定剂包括磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、乙酸钠、乙二酸钠、二盐基邻苯二甲酸铅、2—乙基乙酸铅、水杨酸铅、亚磷酸三苯酯、亚磷酸二苯一辛酯、亚磷酸二苯一癸酯或2，6-二特丁基对甲酚；5）待步骤4）反应结束后，将反应液至于20℃~60℃水浴条件下熟化1~48h，制得所述聚合钛盐改性壳聚糖絮凝剂。上述技术方案，首先将钛盐溶解在高浓度酸溶液中进行反应，制得高浓度的酸性钛溶液。将稀释后的硫酸钛溶液与高浓度的有机碱溶液反应，调节溶液的碱化度，本专利技术使用有机碱溶液复合试剂作为体系的碱化剂，一方面由于有机碱液为强碱试剂，在反应体系中只需要加微量即可达到目的，大大简化了操作手续和操作步骤；另一方面本专利技术使用的有机碱溶液，在碱化过程中只需要滴加微量，可以大大减小杂质物质的投入，极大程度上保证水源的合格，上述方法调节后的产品具有恰当的碱化度和熟化时间，有利于混凝剂的聚合，增大产品分子量，增加混凝过程中的吸附电中和与网捕卷扫能力。为了协同聚合钛盐增加絮凝剂的吸附电中和能力，本专利技术还向反应体系中加入功能性金属盐，并在反应体系中加入有机絮凝单体，有机絮凝单体同时也为助凝剂，主要为水溶性壳聚糖的衍生物与烯烃类功能性有机单体，大大增强絮凝过程中吸附架桥与网捕卷扫的能力。加入稳定剂的目的主要是稳定剂会与Ti以及功能性金属盐中的阳离子发生化学配位反应，即使在较低pH值条件下也能生成较稳定的复合络合物，够有效阻止Ti4+水解生成TiO(OH)2和TiO2而失去混凝性能，同时也抑制了功能性金属盐的水解，使制得的絮凝剂絮凝效果更好。作为优化，所述含钛化合物为四氯化钛或三氯化钛。作为优化，步骤1）中将含钛化合物与0.01mol/L~2.0mol/L的强酸水溶液混合，在20W~1500W的微波功率条件下反应1~120min。这样，选用微波加热技术，具有升温速率快、不易出现局部过热、节能、反应时间短、设备占地少、加热更均匀、环境污染小等优点，当微波功率和反应时间为该范围时，可以有效加热提高温度制得高浓度酸性钛盐溶液，同时又使反应条件处在一个可控范围不至于失控。作为优化，步骤2）中向冷却后的酸性钛盐水溶液中加入碱溶液，于20W~500W超声波功率、15~100℃条件下反应1~60min。这样使用超声波辅助反应进行，有利于浓碱均匀分散于溶液中。作为优化，步骤3）中搅拌反应的搅拌速率为50r/min~300r/min。在这样的强磁力搅拌下，一方面可以使水中物质均匀分散充分接触反应，另一方面通过强磁力搅拌，避免了加入的金属盐与浓碱反应产生高温从而发生不可控制因素。作为优化，所述有机壳聚糖单体为羧甲基壳聚糖、N,N-三甲基壳聚糖盐酸盐、壳聚糖季铵盐、壳聚糖谷氨酸盐或壳聚糖乳酸盐。一种聚合钛盐改性壳聚糖絮凝剂，采用上述方法制得，所述絮凝剂为油状液体，其碱化度为0.3~0.6，所述碱化度为所述絮凝剂中的OH-和Ti4+的摩尔比。上述聚合钛盐改性壳聚糖絮凝剂用于对废水中微溶有机物进行去除方面的应用；其中，所述微溶有机物包括烷烃类化合物、多环芳烃类化合物、脂类化合物、有机酸类化合物、醚类化合物、醇类化合物、酮醛类化合物、取代苯类化合物、取代酚类化合物、芳香酰胺类化合物或杂本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种聚合钛盐改性壳聚糖絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）将含钛化合物与0.01mol/L~2.0mol/L的强酸水溶液混合反应1~120min，得到酸性钛盐水溶液，对所述酸性钛盐水溶液进行冰水浴冷却1~60 min；其中，含钛化合物与强酸水溶液的质量体积比为0.01~50g: 0.1~1000mL；2）将步骤1）冷却后的酸性钛盐水溶液用水稀释至其中酸性钛盐的浓度为0.1~30mol/L，向稀释后的酸性钛盐水溶液中加入0.01~1.0 mol/L的碱溶液反应1~60 min；所述碱溶液由丁基锂、二异丙基氨基锂、氢氧化钠、氢氧化钾和水按照1 g:2~10 g:1~2 g:1~2 g: 10~1000mL的质量体积比混合而成，其中，所述丁基锂与所述酸性钛盐水溶液中酸性钛盐的质量比为1:100~400；3）向步骤2）加碱反应后的溶液中加入氯化锌、硫酸锌、氯化镁、硫酸镁、氯化钙、硫酸钙、氯化铁、硫酸铁、氯化亚铁、硫酸亚铁、氯化铝、硫酸铝和硫酸铝钾中的一种或多种，进行搅拌反应；其中，本步骤中添加物质的添加量与所述酸性钛盐水溶液中酸性钛盐的质量比为1:0.1~100；4）待步骤3）搅拌反应1~60 min后，向反应溶液中加入有机壳聚糖单体、烯烃类功能性有机单体和稳定剂，继续反应1~3 h；其中，所述有机壳聚糖单体、烯烃类功能性有机单体、稳定剂与反应溶液的质量体积比为0.5~20g：1~60g：0.01~1g：10~1000mL；所述烯烃类功能性有机单体包括N‑(N,N‑二甲氨基亚甲基)甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸N,N二甲氨基乙酯、可聚合叔胺、水解聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺或聚氧化乙烯；所述稳定剂包括磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、乙酸钠、乙二酸钠、二盐基邻苯二甲酸铅、2—乙基乙酸铅、水杨酸铅、亚磷酸三苯酯、亚磷酸二苯一辛酯、亚磷酸二苯一癸酯或2，6‑二特丁基对甲酚；5）待步骤4）反应结束后，将反应液至于20℃~60℃水浴条件下熟化1~48 h，制得所述聚合钛盐改性壳聚糖絮凝剂。...
【技术特征摘要】
1.一种聚合钛盐改性壳聚糖絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）将含钛化合物与0.01mol/L~2.0mol/L的强酸水溶液混合反应1~120min，得到酸性钛盐水溶液，对所述酸性钛盐水溶液进行冰水浴冷却1~60min；其中，含钛化合物与强酸水溶液的质量体积比为0.01~50g:0.1~1000mL；2）将步骤1）冷却后的酸性钛盐水溶液用水稀释至其中酸性钛盐的浓度为0.1~30mol/L，向稀释后的酸性钛盐水溶液中加入0.01~1.0mol/L的碱溶液反应1~60min；所述碱溶液由丁基锂、二异丙基氨基锂、氢氧化钠、氢氧化钾和水按照1g:2~10g:1~2g:1~2g:10~1000mL的质量体积比混合而成，其中，所述丁基锂与所述酸性钛盐水溶液中酸性钛盐的质量比为1:100~400；3）向步骤2）加碱反应后的溶液中加入氯化锌、硫酸锌、氯化镁、硫酸镁、氯化钙、硫酸钙、氯化铁、硫酸铁、氯化亚铁、硫酸亚铁、氯化铝、硫酸铝和硫酸铝钾中的一种或多种，进行搅拌反应；其中，本步骤中添加物质的添加量与所述酸性钛盐水溶液中酸性钛盐的质量比为1:0.1~100；4）待步骤3）搅拌反应1~60min后，向反应溶液中加入有机壳聚糖单体、烯烃类功能性有机单体和稳定剂，继续反应1~3h；其中，所述有机壳聚糖单体、烯烃类功能性有机单体、稳定剂与反应溶液的质量体积比为0.5~20g：1~60g：0.01~1g：10~1000mL；所述烯烃类功能性有机单体包括N-(N,N-二甲氨基亚甲基)甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸N,N二甲氨基乙酯、可聚合叔胺、水解聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺或聚氧化乙烯；所述稳定剂包括磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、乙酸钠、乙二酸钠、二盐基邻苯二甲酸铅、2—乙基乙酸铅、水杨酸铅、亚磷酸三苯酯、亚磷酸二苯一辛酯、亚磷酸二苯一癸酯或2，6-二特丁基对甲酚；...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁露，孙永军，肖雪峰，孙文全，吴慧芳，刘翠云，夏霆，郭莉莎，贾正阳，万志远，吴燕霞，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。