一种高分子絮凝剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术属于高分子絮凝剂合成技术领域，具体涉及一种适用于污水处理的絮凝剂的制备及应用，本发明专利技术的产品可以用于污水处理领域。其制备步骤包括，以魔芋粉为原料，使用环氧氯丙烷交联-丙烯酰胺接枝-黄原酸化三步法得到终产品魔芋接枝型黄原酸酯。具体步骤包括：在带有搅拌和冷凝装置的三颈瓶中加魔芋粉和蒸馏水形成反应体系；向反应体系中加入环氧氯丙烷，连续搅拌；在氮气保护下，调节反应体系的温度，将硝酸铈铵加入反应体系中；加入丙烯酰胺；再加入氢氧化钠和二硫化碳，使反应产物至橘黄色。之后调节反应产物溶液pH至中性，用乙醇反复洗涤，将粗产品真空干燥，粉碎过筛后得产品。产品第一次再生解吸率可达96％，对铜离子的去除率可达80％以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子絮凝剂合成
，具体涉及一种以魔芋粉为原料合成新型絮凝剂的方法及应用，该产品可以用于污水处理领域。
技术介绍
I絮凝剂的分类絮凝剂分类的方法很多，按其化学组成不同，可分为无机絮凝剂、有机絮凝剂及近年来兴起的生物絮凝剂。根据分子量高低、官能团特性以及官能团离解后所带电荷性质，可分为低分子絮凝剂、高分子絮凝剂、阴离子型絮凝剂、阳离子型絮凝剂和非离子型絮凝剂等等。其中，无机絮凝剂投加量较大，产生污泥量也大；有机高分子絮凝剂主要有人工合成和天然改性两种，合成高分子絮凝剂主要有聚丙烯酰胺系列，近年来发展很快，但它还存在很 多问题如生物降解困难、残留单体丙烯酰胺有毒等，使其在实际应用中受到了很大限制。如聚丙烯酰胺絮凝剂在日本的研究是比较完善的，但自来水厂的水处理却很少使用。而天然的高分子具有分子量分布较广、活性基团较多、结构多样化等特点，而且其来源广泛、价廉、可生物降解。I. I无机絮凝剂无机絮凝剂分为无机低分子絮凝剂和无机高分子絮凝剂。传统的无机絮凝剂是低分子的铁盐和铝盐。铁盐主要有三氯化铁、硫酸铁和硫酸亚铁，铝盐主要有硫酸铝、铝酸钠、明矾。无机低分子絮凝剂价格低廉、货源比较充足，但其用量较大，残渣较多，效果较差，故在实际的污水处理中一般作为配合絮凝剂使用以降低处理的成本(周玉燕等，环糊精与聚丙烯酰胺的接枝化合物及其对水中污染物的絮凝作用，化工环保，2003，23 :362-366)。无机高分子絮凝剂是在传统铝盐和铁盐絮凝剂的基础上，发展起来的一类新型的水处理剂。它是以高分子聚合铝和聚合铁盐为主要发展方向，其主要形态向高电荷的多核络合物的方向发展，其共存阴离子由低价向高价发展。与传统的絮凝剂(如硫酸铝、氯化铁等)相比，无机高分子絮凝剂可成倍提高混凝效能，且价格相对低廉，已成功应用于工业废水及城市污水的各种处理中，逐渐成为主流絮凝剂。但在聚合度、形态以及凝聚-絮凝的效果方面，无机高分子絮凝剂仍然处于传统铝(铁)盐絮凝剂与有机的高分子絮凝剂之间。其粒度、相对分子质量及其絮凝架桥能力方面仍比有机絮凝剂逊色很多。I. 2有机絮凝剂有机高分子絮凝剂是近些年来发展起来的一种高分子絮凝剂，它是由有机物单体在一定的条件下聚合而成。目前国内研究的较多的是以丙烯酰胺为单体，来合成各种聚丙烯酰胺或者接枝共聚物絮凝剂。目前，使用的有机高分子絮凝剂主要有人工合成高分子絮凝剂和天然改性高分子絮凝剂两种。人工合成高分子絮凝剂是经化学合成的具有大分子量和多官能团的絮凝剂，其产品性能稳定，且可根据需要来控制产物的分子量，但其未聚合单体有毒性，这在某种程度上，限制了它的广泛应用。天然改性高分子絮凝剂是一种生态安全型絮凝剂，它具有可生物降解性，安全性，不易造成二次污染等特点，且分子结构多样化，分子内的活性基团较多，选择性较大，易于依据不同需要而采用不同制备方法进行改性。在天然的改性高分子絮凝剂中，以淀粉改性絮凝剂的研制最为广泛和深入。因为淀粉来源广泛，价格低廉且产品可完全生物降解，可在自然界中循环再生。改性淀粉类絮凝剂在市场上占有比例较大。与无机絮凝剂相比，有机高分子絮凝剂具有用量少、絮凝能力强、絮凝效果好、受PH值及共存离子影响小、絮凝体粗大、处理时间短、沉降速度快且效率高，所产生污泥较易处理等优点。但有机高分子絮凝剂也有其缺点，如多数人工合成有机高分子絮凝剂有一定的毒性，因此不能用来处理饮用水，只能处理工业废水。I. 3微生物絮凝剂20世纪80年代，研究和开发出了第三类絮凝剂，生物絮凝剂。它 利用生物技术，通过微生物的发酵抽提、精致而得的新型、价廉、无毒、高效的生物高分子化合物。微生物絮凝剂具有很强的絮凝性能，对高浓度的废水絮凝效果较好，可明显降低废水的色度、COD等指标，因此是一种发展前景较好的新型絮凝剂。微生物絮凝剂可广泛应用于粪尿废水、畜产废水、砖厂生产废水、膨胀污泥处理和纸浆废水及染料废水等。如红平红球菌及由此制成的N0C-1是目前发现的最佳微生物絮凝剂，具有很强的絮凝活性，广泛用于畜产废水、膨化污泥、有色废水的处理。我国微生物絮凝剂的制品尚未见报导。I. 4复合絮凝剂污水是一种复杂而又相对稳定的分散体系，单一的无机絮凝剂或有机絮凝剂都存在着无法克服的缺点，因此，往往无法获得令人满意的处理效果。因此，近年来，研究人员开始研制有机无机复合絮凝剂。从化学成分组成上来看，复合絮凝剂大致可分为三大类，即有机复合絮凝剂、无机复合絮凝剂以及无机/有机复合絮凝剂。实践证明，复合絮凝剂的效果要明显优于单一絮凝剂，尤其是无机/有机复合絮凝剂的絮凝效果较佳，有望成为新生代的高效絮凝剂(汤鸿霄，无机高分子复合絮凝剂的研制趋势，中国给水排水，1999，15 (2)1-5)。2改性天然高分子絮凝剂改性天然高分子絮凝剂活性基团较多、来源丰富、安全性、优良絮凝性以及可生物降解性等优良特性，已引起研究者的广泛关注。目前研究和应用的改性天然高分子絮凝剂基材主要有淀粉、纤维素、壳聚糖、魔芋葡甘聚糖、角蛋白等(董玉蓬，两性高分子水处理剂的研究现状与发展.化工进展，1999,6:16-18)。这类天然高分子化合物含有多种活性基团，如羟基、酚羟基等，表现出活泼的化学性质，羟基可通过酯化、氧化、接枝共聚、交联、醚化等化学改性，使其活性基团大大增加，聚合物呈枝状结构，可分散絮凝基团，从而对悬浮体系中的颗粒物质有更强的捕捉与促沉作用。为进一步提高这类物质的絮凝作用，人们对其进行了大量的改性研究。2. I淀粉类高分子絮凝剂自然界中，淀粉来源广泛，价廉，且产物可生物降解，因此是优良的环境友好型材料。淀粉是由多a-D葡萄糖组成的多糖类高分子化合物，它有直链和支链两种分子。淀粉每个葡萄糖单元上都有三个醇羟基，这使其具有足够的活性基团，可通过化学反应制备出多种性能优良的改性产品。目前，改性淀粉已广泛应用于食品、造纸、印染、电镀、等工业废水处理、污泥脱水、饮用水净化和重金属离子去除中。2. 2纤维素类高分子絮凝剂纤维素作为自然界最丰富的生物资源，在现代絮凝领域已成为重要的基础材料。羧甲基纤维素，改性羧甲基纤维素，羟乙基纤维素等纤维素衍生物近年来是研究的热点方向。2. 3壳聚糖类高分子絮凝剂壳聚糖是甲壳素脱乙酰基的产物，是一种天然的高分子化合物。甲壳素大量存在于甲壳动物、昆虫和细菌中，是自然界含量仅次于纤维素的第二大天然有机高分子化合物。自然界中甲壳素的生物年合成量近IX IOltl吨，是一种取之不尽，用之不竭的自然资源。以壳聚糖为基材，采用胺类物质苯胺、苄胺、正丁胺和哌嗪分别与其发生胺化，然后用二硫化碳进行黄原酸化，制得四种水不溶性的二硫代氨基甲酸酯壳聚糖AND、BZD、BUD和PID，并对四种物质的重金属离子吸附性能进行了研究，结果表明，四种物质中，PID的黄原酸化程度最高；在低PH值时，对Cu2+、Ni2+、Co2+和Cd2+都具有较好的吸附性，且在pH值为5. 0-7. O 时，Zn2+、Hg2+、Ag+、Pd2+ 和 UO2+ 可被完全吸附。 2. 4魔芋类高分子絮凝剂魔芋葡甘聚糖(Konjac Glucomannan,KGM)是魔芋块莖中所含的储备性多糖,是由葡萄糖和甘露糖以β_1，4糖苷键结合而形成的一种高分子化合物，是一种优异的膳食纤维。章肇本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于污水处理的絮凝剂的制备方法，其特征在于，以魔芋粉为原料，使用环氧氯丙烷交联，丙烯酰胺接枝，黄原酸化得到终产品魔芋接枝型黄原酸酯，其步骤包括：(1)在带有搅拌和冷凝装置的三颈瓶中加入3g的魔芋粉和蒸馏水300mL，于30℃溶胀1h，即为反应体系；(2)在步骤(1)的反应体系中加入0.45mmol至4.5mmol的环氧氯丙烷，并连续搅拌2h；(3)调节反应体系温度至45℃，将0.9?1.5mmol硝酸铈铵加入约5mL浓度为0.1mol/L的稀硝酸中溶解后加入反应体系，在氮气保护下反应15min；(4)加入丙烯酰胺，使魔芋粉与丙烯酰胺的质量比为1∶1.5?1∶3.5，在氮气保护下反应2.5h；(5)加入0.015?0.075mol的氢氧化钠，15min后，加入0.0165?0.0249mol的二硫化碳，将该溶液于30℃反应2h，反应至产物为橘黄色，取出冷却至室温；(6)调节溶液pH值至中性，然后用95％体积浓度的乙醇反复洗涤数次，得到魔芋接枝型黄原酸酯粗产品；(7)将步骤(6)中得到的粗产品于60℃，真空度为?95Kpa下烘干至恒重，粉碎并过60目筛，得到魔芋接枝型黄原酸酯产品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘思轶，王鲁峰，段家彩，徐晓云，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：