本发明专利技术公开了一种利用烟草废弃物烟蒂作为纤维素提取原料，改性制备高取代度的水溶性纤维素醚絮凝剂的方法：首先分离出烟头中的纸和滤嘴部分，将其浸泡、洗涤、风干后，研磨和筛分得到合格原料，将其碱性水解处理，随后利用高碘酸盐选择性性氧化纤维素，得到纤维素二醛衍生物，继而与乙酰肼基三甲基氯化铵进行阳离子醚化改性，产物用异丙醇沉析、离心分离、洗涤，冷干，得到水溶性高阳离子化纤维素醚化物；通过该方法制得产物作为絮凝剂，用于给水和废水处理及循环水的处理，且该产品絮凝速度快，易过滤，有效降低废水浊度，本身可降解，不造成二次污染。
A method for preparation of cationic cellulose ether flocculants based on modification of cigarette butts
The invention discloses a method for the preparation of a water soluble cellulose ether flocculant with a high degree of substitution by using the tobacco waste tobacco as the cellulose extraction material and modifying the water soluble cellulose ether flocculant with high degree of substitution. Then the cellulose two aldehyde derivatives were obtained by the selective oxidation of cellulose with periodate, and then etherification with acetyl hydrazine based three methyl ammonium chloride. The products were precipitated with isopropanol, centrifugally separated, washed and dried, and the water-soluble high cationic cellulose etherification was obtained. The products were prepared by this method. As flocculant, it is used in water supply and wastewater treatment and recycling water treatment, and the product has fast flocculation speed, easy filtration, effectively reducing the turbidity of waste water, and it can be degraded without two pollution.
【技术实现步骤摘要】
一种基于烟蒂改性制备阳离子纤维素醚絮凝剂的方法
本专利技术涉及一种利用烟草废弃物烟蒂作为纤维素提取原料，改性制备高取代度的水溶性纤维素醚絮凝剂的方法，属于天然高分子改性材料
技术介绍
据世界卫生组织（WHO）数据，目前全球约有11亿吸烟者，估计中国每年吸烟产生的烟蒂量将超过1.8亿支，意味着烟蒂可能成为世界上数量巨大的一类固体垃圾。目前对烟蒂的处理方式等同于生活垃圾，主要通过焚烧和填埋进行处理，造成环境严重污染，其中，水体污染对人类的影响是最为直接，烟蒂中的化合物可以直接污染土壤，若被雨水浸出，污染物还会被带到地表水和地下水生环境中。针对烟蒂随意丢弃现象严重，2014年美国新奥尔良市开始启动相关的处理项目，至此烟蒂的再利用引起越来越多的科研人士的注意。对烟蒂中废弃的醋酸纤维合理地回收利用，对于资源再生与重复利用、环境保护，均具有重要的意义。依据纤维素中的羟基（—OH）被乙酰基（—COCH3）取代程度分为三醋酸纤维（CTA）和二醋酸纤维（CDA）。醋酸纤维是再生纤维素纤维中仅次于粘胶纤维的第二大品种，是一种绿色环保纤维。醋酸纤维具有无毒、无味、吸湿性好、截滤效率高等优点。醋酸纤维的应用也相当广泛，如醋酸纤维素薄膜电泳技术代替聚丙烯酰胺凝胶（PAGE）电泳显示金针菇酯酶同工酶图谱，以期为菌种的良种选育、种性鉴定及菌种管理等工作提供更为简洁、快速的方法。用醋酸纤维织物做衬里比用普通的涤纶织物制成的服装具有更为舒适，使得醋酸纤维织物具有非常优异的服用性能。美国堪萨斯州立大学环境研究所就这两种服装的舒适性做了一项研究，分别从粘附感、不吸汗、冷湿感、潮湿感、贴身感、沉重感六个方面进行等级评价（5级性能最好）。醋酸纤维在很多邻域的研究已相当成熟，可在用醋酸纤维制备絮凝剂污水处理的应用报道却相对较少。在众多废水处理方法中，絮凝沉降法是目前国内外普遍采用的一种既经济又简便的水处理方法，现已广泛用于给水、废水处理，污泥脱水等。絮凝剂可分为无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂、微生物絮凝剂和矿物类助凝剂四大类。凝聚作用和絮凝作用都是微小的胶体颗粒和悬浮颗粒在极性物质或电解质的作用下，中和颗粒表面电荷，降低或消除颗粒之间的排斥力，是颗粒结合在一起，体积不断变大，当颗粒聚集体的体积达到一定程度时（粒径大约为时），便从水中分离出来形成肉眼可见的絮状沉淀物。提高纤维素可行性的一个潜在途径是通过高高碘酸盐氧化在纤维素上引入反应性醛基。这种选择性氧化导致在C2和C3位置的纤维素的邻羟基的氧化，以产生双醛纤维素，制得絮凝剂，此外，毒性高高碘酸盐氧化剂可以在反应后再生和回收。制备良好性能的阳离子化絮凝剂对原料的要求和操作工艺上要求并不苛刻，但在以醋酸纤维为基础的高碘酸盐选择性氧化法制备絮凝剂的研究仍是一片空白的前提下，将烟蒂中的醋酸纤维用于制备该类絮凝剂材料，不仅使得烟草废弃物得到有效利用，还可以扩展醋酸纤维高附加值利用的道路。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用烟草废弃物烟蒂作为纤维素提取原料，改性制备高取代度的水溶性纤维素醚絮凝剂的方法，该方法利用资源丰富但未被深度开发的烟蒂为原料，利用烟蒂中的纸和滤嘴，将其碱化分散和转化为碱纤维素，继而选择性氧化形成纤维素二醛衍生物，该衍生物与阳离子乙酰肼基三甲基氯化铵进行醚化反应，制得水溶性阳离子纤维素醚絮凝剂，拓展烟蒂的再生应用领域，使烟蒂这种烟草废弃物得到高附加值的利用。实现本专利技术目的采取的工艺技术方案如下：首先收集烟蒂，分离出纸和滤嘴部分，用去离子水浸泡洗涤，风干处理后研磨、筛分，得到合格原料，将合格原料在特定条件下进行氢氧化钠水解处理，处理完毕后，取出反应物料转移至滤袋中进行充分揉搓分散，用去离子水反复浸泡和清洗，直至洗涤水为中性，继而脱水得到纤维素，采用高碘酸盐选择性氧化法对纤维素进行C2和C3位羟基的避光改性，氧化产物通过滤膜固体分离、洗涤，并滤除多余水分后低温保存，得到纤维素二醛衍生物，在酸性条件下，纤维素二醛衍生物与乙酰肼基三甲基氯化铵/乙醛混合液进行阳离子化改性，待反应体系降至室温后，离心除杂，收集的上清液用异丙醇沉析、离心分离和洗涤，将离心产物冷冻干燥，得到基于烟蒂的水溶性阳离子纤维素醚絮凝剂。本专利技术基于烟蒂改性制备阳离子纤维素醚絮凝剂的方法，具体操作如下：烟蒂的备料过程：将收集的烟蒂手工分离得到纸和滤嘴，然后将纸和滤嘴用去离子水浸泡洗涤，脱杂后，风干处理，其中去离子水与烟蒂的体积质量比为100～1000mL:1g，风干程度根据不同地区不同季节空气湿度不同而不同，一般风干含水率控制在3～30%的范围内；风干部分继续机械粉碎研磨，制得通过20目不通过100目的合格原料；纤维素提取过程：将步骤的合格原料与质量分数为1~10％的氢氧化钠溶液充分混合后，转移至蒸煮罐中，密封，放入电加热蒸煮锅内，在规定温度和时间的条件下进行碱化水解反应，其中氢氧化钠的质量为步骤得到的原料绝干质量的10~30％，碱化水解反应的温度为100~150℃，反应时间1~3h；反应结束后，取出蒸煮罐，冷却至室温后，将物料完全转移至300~500目滤袋中，充分揉搓分散，去离子水浸泡洗涤，直至洗涤水为中性，脱去洗涤水后，得到纤维素；选择性氧化反应过程：称取一定量的纤维素加水配制质量浓度为2~6％纤维素浆，然后向纤维素浆中加入质量浓度为3~9％高碘酸钠溶液，其中，高碘酸钠与绝干纤维素的质量比为2:1～10:1，然后在30～60℃下搅拌反应12～72h；氧化反应后，用孔径为0.10～0.45μm的滤膜进行固液分离，将分离得到的固体用去离子水反复洗涤，得到纤维素二醛衍生物；改性纤维素絮凝剂实现过程：称取一定量的纤维素二醛衍生物转移至反应容器中，并加入去离子水配制纤维素二醛衍生物溶液，并向该溶液中依次加入去离子水、乙酰肼基三甲基氯化铵和乙醛，混合均匀后，用盐酸调节pH在3.5~5.0范围内，20~80℃下反应0.5~96h，此后，将反应液在7000～15000rpm下离心10～30min，去除未溶解的残渣和气泡，收集上清液，然后向上清液中加入异丙醇直至透明液体出现白色乳液状态，说明沉析完毕，然后在10000～20000rpm下进行一次以上的离心，每次离心20～30min后向离心上清液中滴加硝酸银检测有无白色沉淀生成，若生成白色沉淀则向上清液中加入异丙醇，继续离心，直至向上清液中滴加硝酸银无白色沉淀生成为止，然后将离心产物冷冻干燥，即得水溶性高取代阳离子纤维素醚化产物，其中乙酰肼基三甲基氯化铵与纤维素二醛衍生物的质量比为8:1~25:1，乙酰肼基三甲基氯化铵与乙醛的质量比为7.5:1~30:1，去离子水与纤维素二醛衍生物的体积质量比为50~200mL:1g。本专利技术的有益效果：①本专利技术以烟草废弃物烟蒂为纤维素的来源，通过氢氧化钠溶液水解处理，随后采用高碘酸盐对纤维素中的D-葡萄糖单元的C2、C3位的羟基进行选择性氧化，继而对其阳离子醚化改性，离心除杂，异丙醇沉析，得到用于污水絮凝处理的水溶性阳离子纤维素醚化物，天然高分子类絮凝剂具有高分子类絮凝剂的共性，可在建材、石化、制药和化工等多个行业所产生的污水处理方面能够发挥良好的应用前景。②该阳离子纤维素醚絮凝剂还具备低毒性、良好的絮凝能力、环境友好性、活性高，适应pH值本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于烟蒂改性制备阳离子纤维素醚絮凝剂的方法，其特征在于按如下步骤进行：（1）从烟蒂中分离出纸和滤嘴部分，然后用去离子水浸泡洗涤分离得到的纸和滤嘴部分，再通过风干、研磨，制得过20～100目筛网的合格原料；（2）将步骤（1）得到的合格原料与氢氧化钠溶液混匀后进行碱化水解反应，待反应结束，将反应生成物转移至300~500目滤袋中，揉搓分散后用去离子水浸泡洗涤袋内产品，脱去洗涤水后，得到纤维素，其中氢氧化钠的质量为步骤（1）原料绝干质量的10~30%；（3）将步骤（2）得到的纤维素配制成质量浓度为2~6%纤维素浆，然后向纤维素浆中加入质量浓度为3~9%高碘酸钠溶液，在30～60℃下反应12～72h，然后将反应生成物用孔径为0.10～0.45μm的滤膜进行固液分离，将分离得到的固体进行洗涤，得到纤维素二醛衍生物，其中，高碘酸钠与绝干纤维素的质量比为2:1～10:1；（4）向步骤（3）得到的纤维素二醛衍生物中依次加入去离子水、乙酰肼基三甲基氯化铵和乙醛，混合均匀后调节混合溶液的pH为3.5~5.0，然后置于20~80℃下反应0.5~96h，再将反应后的溶液在7000～15000rpm下离心10～30min，取上清液，然后向上清液中加入异丙醇直至透明液体出现白色乳液状态，再将溶液置于10000～20000rpm下离心20～30min，再取离心后上清液，并向上清液中滴加硝酸银检测有无白色沉淀生成，若有白色沉淀则继续向上清液中加入异丙醇，然后离心处理，直至离心后的上清液加硝酸银无白色沉淀生成，然后将离心产物进行冷冻干燥，即得到阳离子纤维素醚絮凝剂，其中乙酰肼基三甲基氯化铵与纤维素二醛衍生物的质量比为8:1~25:1，乙酰肼基三甲基氯化铵与乙醛的质量比为7.5:1~30:1，去离子水与纤维素二醛衍生物的体积质量比为50~200 mL:1g。...
【技术特征摘要】
1.一种基于烟蒂改性制备阳离子纤维素醚絮凝剂的方法，其特征在于按如下步骤进行：（1）从烟蒂中分离出纸和滤嘴部分，然后用去离子水浸泡洗涤分离得到的纸和滤嘴部分，再通过风干、研磨，制得过20～100目筛网的合格原料；（2）将步骤（1）得到的合格原料与氢氧化钠溶液混匀后进行碱化水解反应，待反应结束，将反应生成物转移至300~500目滤袋中，揉搓分散后用去离子水浸泡洗涤袋内产品，脱去洗涤水后，得到纤维素，其中氢氧化钠的质量为步骤（1）原料绝干质量的10~30%；（3）将步骤（2）得到的纤维素配制成质量浓度为2~6%纤维素浆，然后向纤维素浆中加入质量浓度为3~9%高碘酸钠溶液，在30～60℃下反应12～72h，然后将反应生成物用孔径为0.10～0.45μm的滤膜进行固液分离，将分离得到的固体进行洗涤，得到纤维素二醛衍生物，其中，高碘酸钠与绝干纤维素的质量比为2:1～10:1；（4）向步骤（3）得到的纤维素二醛衍生物中依次加入去离子水、乙酰肼基三甲基氯化铵和乙醛，混合均匀后调节混合溶液的pH为3.5~5.0，然后置于20~80℃下反应0.5~96h，再将反应后的溶液在7000～1500...
【专利技术属性】
技术研发人员：顾惠明，高欣，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53
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