一種基于天然高分子的兩性絮凝劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于天然高分子的兩性絮凝劑及其制備方法，屬于有機(jī)高分子材料和水處理絮凝劑技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]高分子絮凝劑在廢水處理中占有重要的位置，并已形成規(guī)模生產(chǎn)。目前工業(yè)中大量使用的高分子絮凝劑主要是聚丙烯酰胺類絮凝劑，它具有分子量高、絮凝能力強(qiáng)和適用能力強(qiáng)的特點(diǎn)，但其殘余單體具有致畸、致癌、致突變等作用，對(duì)環(huán)境造成較大的危害。天然高分子來(lái)源廣泛，具有價(jià)格低廉、活性基團(tuán)多、無(wú)毒等特點(diǎn)，在水處理領(lǐng)域也得到了廣泛地重視。但目前天然高分子絮凝劑主要為陽(yáng)離子或陰離子類，兩性天然高分子絮凝劑的研宄和開(kāi)發(fā)較為少見(jiàn)。
[0003]工業(yè)中廣泛使用的天然高分子主要有纖維素、淀粉、甲殼素、殼聚糖、木質(zhì)素、腐殖酸和海藻酸鈉等。其中甲殼素和殼聚糖為自然界中罕見(jiàn)的陽(yáng)離子弱堿性多糖，廣泛分布在甲殼類動(dòng)物、昆蟲(chóng)外殼和真菌類的細(xì)胞壁中，年產(chǎn)量上百億噸。殼聚糖本身或其改性、接枝共聚、交聯(lián)和水解產(chǎn)物在絮凝劑領(lǐng)域應(yīng)用廣泛(王愛(ài)勤，甲殼素化學(xué)，科學(xué)出版社，2008)。木質(zhì)素和黃腐酸是自然界典型的陰離子型高分子，有很高的產(chǎn)量，它們結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但都含有大量的酚羥基、醇羥基、醛基、酮基、半醌基、甲氧基、羧基等活性基團(tuán)，因而對(duì)各種重金屬離子和有機(jī)污染物具有較強(qiáng)的吸附和絡(luò)合能力，可用于重金屬離子污水和各種含有機(jī)污染物污水的處理(Verma AK, Dash RR, Bhunia P.A review on chemical coagulat1n/flocculat1n technologies for removal of colour from textile wastewaters.JEnviron Manage.2012;93:154-168)。
[0004]目前，將殼聚糖或木質(zhì)素單獨(dú)通過(guò)化學(xué)改性或接枝共聚的方法制備各種絮凝劑的技術(shù)已見(jiàn)公開(kāi)報(bào)導(dǎo)。CN103756907A公開(kāi)了將殼聚糖改性制備成胍基殼聚糖的制備方法，用于微藻的絮凝取得了良好的效果。CN101362816A公開(kāi)了從造紙制漿廢液中提取木質(zhì)素磺酸鹽，并將其與丙烯酰胺接枝共聚成絮凝劑，對(duì)印染廢水和生活污水的處理效果良好。CN102745789A公開(kāi)了丙烯酰胺和腐殖酸共聚合成了油田廢水用可生化功能性絮凝劑，提高了絮凝劑的耐鹽性，耐礦化度可高達(dá)50000mg/L。但其主要成分為合成高分子聚丙烯酰胺，天然高分子腐殖酸的含量較低。綜上所述，將多種天然高分子改性合成為兩性高分子絮凝劑的研宄和應(yīng)用還未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要利用陽(yáng)離子的殼聚糖接枝共聚陰離子的木質(zhì)素或黃腐酸，提高聚合物的分子量，增加活性基團(tuán)的種類，從而提高其絮凝能。合成的基于天然高分子的兩性絮凝劑具有高效、價(jià)格低廉和環(huán)保的特點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明中接枝共聚天然高分子絮凝劑的制備方法具體如下:(I)配制質(zhì)量濃度為4?8%的殼聚糖溶液。(2)配制質(zhì)量濃度為10?20%的木質(zhì)素或黃腐酸溶液。(3)混合上述溶液，加入等摩爾體積濃度的過(guò)硫酸鉀/硫代硫酸鈉作為引發(fā)劑，其總引發(fā)劑濃度控制在0.04?0.08 mol/L之間。(4)反應(yīng)溫度控制在50?70°C之間，攪拌恒溫反應(yīng)5?10小時(shí)。(5)加入乙醇析出絮凝劑，過(guò)濾洗滌后干燥得成品天然高分子絮凝劑。
[0007]本發(fā)明制得的殼聚糖/木質(zhì)素或殼聚糖/黃腐酸為顆粒狀，顏色基本為白色，略帶棕色。該天然高分子絮凝劑對(duì)各種電鍍廢水、染料廢水、城市污水、蒙脫土懸浮液等都具有良好的絮凝作用，絮凝沉降速度快。該制備方法的主要特點(diǎn)是反應(yīng)條件溫和，工藝簡(jiǎn)單。原料采用來(lái)源豐富價(jià)格低廉的天然高分子，合成的絮凝劑無(wú)毒、環(huán)保、適合多種廢水的處理。
【具體實(shí)施方式】
[0008]下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式并不局限于此。
[0009]實(shí)施例1:稱取10 g殼聚糖，溶解于250 ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的醋酸水中，稱取25g堿木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸鹽，溶解于250 ml水中?；旌仙鲜鰞煞N溶液，電磁攪拌均勻。加入5.4 g的過(guò)硫酸鉀和3.16 g的硫代硫酸鈉作為引發(fā)劑?？刂品磻?yīng)溫度為50 °C，恒溫反應(yīng)5小時(shí)。向反應(yīng)溶液加入乙醇200ml，析出的固體經(jīng)過(guò)濾、洗滌、烘干制得殼聚糖/木質(zhì)素兩性天然高分子絮凝劑。
[0010]實(shí)施例2:稱取20 g殼聚糖，溶解于250 ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的醋酸水中。稱取50g黃腐酸鉀或黃腐酸鈉，溶解于250 ml水中。混合上述兩種溶液，加入10.Sg的過(guò)硫酸鉀和6.32 g的硫代硫酸鈉作為引發(fā)劑?？刂品磻?yīng)溫度為70 °C，恒溫反應(yīng)10小時(shí)。向反應(yīng)溶液加入乙醇200ml，析出的固體經(jīng)過(guò)濾、洗滌、烘干制得殼聚糖/黃腐酸兩性天然高分子絮凝劑。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于天然高分子的兩性絮凝劑，包括陽(yáng)離子的殼聚糖接枝共聚陰離子的木質(zhì)素或黃腐酸形成的兩性天然高分子絮凝劑，其特征在于分別配制質(zhì)量濃度為4?8%的殼聚糖溶液和質(zhì)量濃度為10?20%的木質(zhì)素或黃腐酸溶液，混合上述溶液，加入等摩爾體積濃度的過(guò)硫酸鉀/硫代硫酸鈉作為引發(fā)劑，其總引發(fā)劑濃度控制在0.04?0.08 mol/L之間，反應(yīng)溫度控制在50?70°C之間，攪拌恒溫反應(yīng)5?10小時(shí)，加入乙醇析出絮凝劑，過(guò)濾洗滌干燥后制得成品兩性天然高分子絮凝劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然高分子兩性絮凝劑，其特征在于所使用的殼聚糖分子量在20?40萬(wàn)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然高分子兩性絮凝劑，其特征在于所使用的木質(zhì)素為堿木質(zhì)素或木質(zhì)素磺酸鹽，所使用的黃腐酸為黃腐酸鈉或黃腐酸鉀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然高分子兩性絮凝劑制備方法，包括以下步驟: (1)配制質(zhì)量濃度為4?8%的殼聚糖溶液； (2)配制質(zhì)量濃度為10?20%的木質(zhì)素或黃腐酸溶液； (3)混合上述溶液，加入等摩爾體積濃度的過(guò)硫酸鉀/硫代硫酸鈉作為引發(fā)劑，其總引發(fā)劑濃度控制在0.04?0.08 mol/L之間； (4)反應(yīng)溫度控制在50?70°C之間，攪拌恒溫反應(yīng)5?10小時(shí)； (5)加入乙醇析出絮凝劑，洗滌后干燥得成品兩性天然高分子絮凝劑。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于天然高分子的兩性絮凝劑及其制備方法，屬于有機(jī)高分子材料和水處理絮凝劑技術(shù)領(lǐng)域。它采用陽(yáng)離子的殼聚糖和陰離子的木質(zhì)素或黃腐酸為原料，在一定反應(yīng)條件下通過(guò)接枝共聚制備出基于殼聚糖、木質(zhì)素或黃腐酸的天然高分子絮凝劑。本發(fā)明制得的天然高分子絮凝劑為略帶棕色的白色顆粒。該制備方法的主要特點(diǎn)是反應(yīng)條件溫和，工藝簡(jiǎn)單。原料采用來(lái)源豐富價(jià)格低廉的天然高分子，合成的絮凝劑無(wú)毒、環(huán)保、適合各種電鍍廢水、染料廢水和城市污水的處理。
【IPC分類】C02F1-56, C08B37-08, C08H7-00, C08G81-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104725644
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510156994
【發(fā)明人】樓濤, 汪學(xué)軍
【申請(qǐng)人】青島大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年4月4日