一種植物源天然高分子絮凝劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種植物源天然高分子絮凝劑的制備方法，屬于絮凝劑制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以蘆薈為原料，經(jīng)陽(yáng)離子交換法輔助醇沉提取蘆薈膠，再將蘆薈膠于魔芋淀粉復(fù)配，先經(jīng)豆?jié){和微生物改性，再醚化微波改性，抽濾醇洗后即得天然高分子絮凝劑。本發(fā)明制備的植物源天然高分子絮凝劑絮凝效果明顯，對(duì)廢水的處理效果極佳，COD去除率達(dá)到97％以上，脫色率達(dá)到92％以上，懸浮物去除率高于95％；且容易生物降解，對(duì)人體和環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生危害。
【專利說(shuō)明】
一種植物源天然高分子絮凝劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種植物源天然高分子絮凝劑的制備方法，屬于絮凝劑制備技術(shù)領(lǐng)域。
[0002]【背景技術(shù)】隨著水污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，我國(guó)對(duì)水污染的治理工作也越來(lái)越重視?，F(xiàn)代污水處理技術(shù)按照原理可以分為物理處理法、化學(xué)處理法、物化處理法和生物處理法等。其中，絮凝作用占有十分特殊而重要的地位，無(wú)論是在生活飲用水、生活污水、工業(yè)廢水的處理中，還是在水質(zhì)深度凈化、回收利用、污泥處理中，它都往往成為不可或缺的一個(gè)單元。絮凝效果的好壞會(huì)影響到整個(gè)水處理工藝流程，甚至影響出水質(zhì)量，因此絮凝法在水處理中起到關(guān)鍵作用，對(duì)絮凝法進(jìn)行研究具有極其重要的意義。
[0003]絮凝劑在污水處理中被廣泛使用。由于合成的高分子絮凝劑成本高，難以降解，且存在一定量的殘余單體，不可避免地帶來(lái)了毒性，故其應(yīng)用受到一定的限制。而天然高分子絮凝劑由于原料來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、選擇性大、投藥量小、污泥量少、安全無(wú)毒、可以完全生物降解、無(wú)二次污染，而備受關(guān)注。新型水處理劑的研究開(kāi)發(fā)正向高效、低毒、無(wú)公害方面發(fā)展。天然高分子絮凝劑與合成有機(jī)高分子絮凝劑相比，具有分子量分布廣，活性基團(tuán)點(diǎn)多，結(jié)構(gòu)多樣化等特點(diǎn)；而且天然有機(jī)高分子原料來(lái)源豐富，價(jià)格低廉，尤其突出的是，它安全無(wú)毒，可以完全生物降解，具有良好的“環(huán)境可接受性”，被稱為綠色絮凝劑。
[0004]蘆薈是百合科多年生常綠草本植物。蘆薈中包含蘆薈寧、蘆薈大黃素、蘆薈多糖、氨基酸、有機(jī)酸、纖維素、微量元素等多種具有藥理活性和生物活性的化學(xué)成分，集醫(yī)療保健、食用和觀賞等多種價(jià)值于一體，享有“多用良藥” “天然美容師”等美稱，目前已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化妝品、食品等諸多領(lǐng)域側(cè)。蘆薈中含有天然高分子組分是一種極具發(fā)展前途的天然高分子絮凝劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題:針對(duì)目前合成的高分子絮凝劑成本高，難以生物降解，且存在一定量的殘余單體，不可避免地帶來(lái)了毒性，對(duì)人體和環(huán)境產(chǎn)生危害，而天然高分子絮凝材料又存在絮凝能力差的缺陷，本發(fā)明以蘆薈為原料，經(jīng)陽(yáng)離子交換法輔助醇沉提取蘆薈膠，再將蘆薈膠于魔芋淀粉復(fù)配，先經(jīng)豆?jié){和微生物改性，再醚化微波改性，抽濾醇洗后即得天然高分子絮凝劑。本發(fā)明以具有多羥基特性的天然高分子材料蘆薈膠和淀粉為原料，經(jīng)帶有豐富羧基基團(tuán)的豆?jié){氨基酸在微生物的作用下進(jìn)行預(yù)改性，隨后醚化二次改性，在其表面引入羧基，增加了天然高分子材料支鏈長(zhǎng)度和相對(duì)分子質(zhì)量，從而提高了其吸附架橋能力并增強(qiáng)了其絮凝效果，既解決了合成高分子絮凝劑成本高，難以生物降解，對(duì)人體和環(huán)境產(chǎn)生危害的問(wèn)題，又彌補(bǔ)了天然高分子絮凝材料絮凝能力差的缺陷，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
(I)稱取700?800g新鮮的蘆薈葉放入超聲清洗儀中，并向超聲清洗儀中加入去離子水直至將蘆薈完全浸沒(méi)，以200?300W功率超聲振蕩洗滌15?20min，用刮皮刀切除蘆薈兩側(cè)的尖刺后再依次削去上下兩層綠皮，得到中間的蘆薈肉；
(2)將上述得到的蘆薈肉放入高速勻漿機(jī)中，以8000?9000r/min轉(zhuǎn)速勻漿粉碎30?50min得蘆薈肉勻漿，再按質(zhì)量比為10:1將蘆薈肉勻漿和732陽(yáng)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行混合，再加入兩者總體積3?5倍蒸餾水，放置在搖床上振蕩混合3?5h，得混合液；
(3)用濃度為lmol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)混合液pH至2.0?3.0，再將其移入80?90°C水浴鍋中保溫浸提2?4h，浸提結(jié)束后用2?3層紗布進(jìn)行過(guò)濾，分離得到濾液，按體積比為1:3將濾液逐滴滴入無(wú)水乙醇中并在4?6°C的冰水浴中靜置沉淀過(guò)夜，轉(zhuǎn)入布氏漏斗用無(wú)水乙醇抽濾洗滌3?5遍，將濾渣干燥后即得蘆薈膠粉末；
(4)按質(zhì)量比為1:1將上述得到的蘆薈膠粉末和魔芋淀粉混合后放入剛玉研缽中，研磨混合10?15min，將得到的混合粉末裝入陶瓷發(fā)酵罐，加入混合粉末等質(zhì)量的豆?jié){，攪拌均勻得泥狀混合物，再按接種量為10%向混合物中接入酵母菌，在30?40°C下保溫發(fā)酵改性2?3周；
(5)發(fā)酵結(jié)束后，取出發(fā)酵產(chǎn)物放入烘箱在40?50°C下干燥過(guò)夜，稱取100?200g干燥產(chǎn)物放入1.0?1.2L異丙醇中，加熱升溫至50?60°C保溫溶脹I?2h后再加入4?6g3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨，用濃度為0.5mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至9.0?9.5，得預(yù)混液；
(6)將上述得到的預(yù)混液放入微波振蕩儀中，以200?300W功率振蕩醚化改性I?2h后移入布氏漏斗，用無(wú)水乙醇反復(fù)抽濾洗滌20?30min得到濾渣，將其干燥后放入剛玉研缽研磨I?2h并過(guò)100目標(biāo)準(zhǔn)篩，即得植物源天然高分子絮凝劑。
[0007]本發(fā)明的應(yīng)用方法:將本發(fā)明制備的植物源天然高分子絮凝劑投加進(jìn)造紙廢水中，控制投加量為50?55mg/L，待投加完成后，對(duì)其攪拌30?45min后，靜置40?50min即可完成對(duì)廢水的處理。檢測(cè)處理后的廢水，發(fā)現(xiàn)⑶D去除率達(dá)到97%以上，脫色率達(dá)到92%以上，懸浮物去除率高于95%。
[0008]本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是:
(1)本發(fā)明制備的植物源天然高分子絮凝劑絮凝效果明顯，對(duì)廢水的處理效果極佳，COD去除率達(dá)到97%以上，脫色率達(dá)到92%以上，懸浮物去除率高于95%;
(2)本發(fā)明制備植物源天然高分子絮凝劑易生物降解，對(duì)人體和環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生危害；
(3)本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，所需原材料成本低。
【具體實(shí)施方式】
[0009]首先稱取700?800g新鮮的蘆薈葉放入超聲清洗儀中，并向超聲清洗儀中加入去離子水直至將蘆薈完全浸沒(méi)，以200?300W功率超聲振蕩洗滌15?20min，用刮皮刀切除蘆薈兩側(cè)的尖刺后再依次削去上下兩層綠皮，得到中間的蘆薈肉；再將上述得到的蘆薈肉放入高速勻漿機(jī)中，以8000?9000r/min轉(zhuǎn)速勻漿粉碎30?50min得蘆薈肉勻漿，再按質(zhì)量比為10:1將蘆薈肉勻漿和732陽(yáng)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行混合，再加入兩者總體積3?5倍蒸餾水，放置在搖床上振蕩混合3?5h，得混合液；用濃度為lmol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)混合液pH至2.0?3.0，再將其移入80?90°C水浴鍋中保溫浸提2?4h，浸提結(jié)束后用2?3層紗布進(jìn)行過(guò)濾，分離得到濾液，按體積比為1: 3將濾液逐滴滴入無(wú)水乙醇中并在4?6°C的冰水浴中靜置沉淀過(guò)夜，轉(zhuǎn)入布氏漏斗用無(wú)水乙醇抽濾洗滌3?5遍，將濾渣干燥后即得蘆薈膠粉末;接著按質(zhì)量比為I: I將上述得到的蘆薈膠粉末和魔芋淀粉混合后放入剛玉研缽中，研磨混合10?15min，將得到的混合粉末裝入陶瓷發(fā)酵罐，加入混合粉末等質(zhì)量的豆?jié){，攪拌均勻得泥狀混合物，再按接種量為10%向混合物中接入酵母菌，在30?40 0C下保溫發(fā)酵改性2?3周;待發(fā)酵結(jié)束后，取出發(fā)酵產(chǎn)物放入烘箱在40?50°C下干燥過(guò)夜，稱取100?200g干燥產(chǎn)物放入1.0?1.2L異丙醇中，加熱升溫至50?60°C保溫溶脹I?2h后再加入4?6g3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨，用濃度為0.5mo 1/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至9.0?9.5，得預(yù)混液;將上述得到的預(yù)混液放入微波振蕩儀中，以200?300W功率振蕩醚化改性I?2h后移入布氏漏斗，用無(wú)水乙醇反復(fù)抽濾洗滌20?30min得到濾渣，將其干燥后放入剛玉研缽研磨I?2h并過(guò)100目標(biāo)準(zhǔn)篩，即得植物源天然高分子絮凝劑。
[0010]實(shí)例I
首先稱取800g新鮮的蘆薈葉放入超聲清洗儀中，并向超聲清洗儀中加入去離子水直至將蘆薈完全浸沒(méi)，以300W功率超聲振蕩洗滌20min，用刮皮刀切除蘆薈兩側(cè)的尖刺后再依次削去上下兩層綠皮，得到中間的蘆薈肉；再將上述得到的蘆薈肉放入高速勻漿機(jī)中，以900(^/11^11轉(zhuǎn)速勻漿粉碎501^11得蘆薈肉勻漿，再按質(zhì)量比為10:1將蘆薈肉勻漿和732陽(yáng)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行混合，再加入兩者總體積5倍蒸餾水，放置在搖床上振蕩混合5h，得混合液；用濃度為lmol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)混合液pH至3.0，再將其移入90°C水浴鍋中保溫浸提4h，浸提結(jié)束后用3層紗布進(jìn)行過(guò)濾，分離得到濾液，按體積比為1:3將濾液逐滴滴入無(wú)水乙醇中并在6°C的冰水浴中靜置沉淀過(guò)夜，轉(zhuǎn)入布氏漏斗用無(wú)水乙醇抽濾洗滌5遍，將濾渣干燥后即得蘆薈膠粉末;接著按質(zhì)量比為1:1將上述得到的蘆薈膠粉末和魔芋淀粉混合后放入剛玉研缽中，研磨混合15min，將得到的混合粉末裝入陶瓷發(fā)酵罐，加入混合粉末等質(zhì)量的豆?jié){，攪拌均勻得泥狀混合物，再按接種量為10%向混合物中接入酵母菌，在40°C下保溫發(fā)酵改性3周；待發(fā)酵結(jié)束后，取出發(fā)酵產(chǎn)物放入烘箱在50°C下干燥過(guò)夜，稱取200g干燥產(chǎn)物放入1.2L異丙醇中，加熱升溫至60°C保溫溶脹2h后再加入6g3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨，用濃度為0.5mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至9.5，得預(yù)混液;將上述得到的預(yù)混液放入微波振蕩儀中，以300W功率振蕩醚化改性2h后移入布氏漏斗，用無(wú)水乙醇反復(fù)抽濾洗滌30min得到濾渣，將其干燥后放入剛玉研缽研磨2h并過(guò)100目標(biāo)準(zhǔn)篩，即得植物源天然高分子絮凝劑。
[0011]將本發(fā)明制備的植物源天然高分子絮凝劑投加進(jìn)造紙廢水中，控制投加的量為55mg/L，待投加完成后，對(duì)其攪拌45min后，靜置50min即可完成對(duì)廢水的處理。檢測(cè)處理后的廢水，發(fā)現(xiàn)COD去除率達(dá)到98%，脫色率達(dá)到93%，懸浮物去除率為96%。
[0012]實(shí)例2
首先稱取700g新鮮的蘆薈葉放入超聲清洗儀中，并向超聲清洗儀中加入去離子水直至將蘆薈完全浸沒(méi)，以200W功率超聲振蕩洗滌15min，用刮皮刀切除蘆薈兩側(cè)的尖刺后再依次削去上下兩層綠皮，得到中間的蘆薈肉；再將上述得到的蘆薈肉放入高速勻漿機(jī)中，以800(^/11^11轉(zhuǎn)速勻漿粉碎301^11得蘆薈肉勻漿，再按質(zhì)量比為10:1將蘆薈肉勻漿和732陽(yáng)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行混合，再加入兩者總體積3倍蒸餾水，放置在搖床上振蕩混合3h，得混合液；用濃度為lmol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)混合液pH至2.0，再將其移入80°C水浴鍋中保溫浸提2h，浸提結(jié)束后用2層紗布進(jìn)行過(guò)濾，分離得到濾液，按體積比為1:3將濾液逐滴滴入無(wú)水乙醇中并在4°C的冰水浴中靜置沉淀過(guò)夜，轉(zhuǎn)入布氏漏斗用無(wú)水乙醇抽濾洗滌3遍，將濾渣干燥后即得蘆薈膠粉末;接著按質(zhì)量比為1:1將上述得到的蘆薈膠粉末和魔芋淀粉混合后放入剛玉研缽中，研磨混合lOmin，將得到的混合粉末裝入陶瓷發(fā)酵罐，加入混合粉末等質(zhì)量的豆?jié){，攪拌均勻得泥狀混合物，再按接種量為10%向混合物中接入酵母菌，在30°C下保溫發(fā)酵改性2周；待發(fā)酵結(jié)束后，取出發(fā)酵產(chǎn)物放入烘箱在40°C下干燥過(guò)夜，稱取10g干燥產(chǎn)物放入1.0L異丙醇中，加熱升溫至50°C保溫溶脹Ih后再加入4g3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨，用濃度為0.5mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至9.0，得預(yù)混液;將上述得到的預(yù)混液放入微波振蕩儀中，以200W功率振蕩醚化改性Ih后移入布氏漏斗，用無(wú)水乙醇反復(fù)抽濾洗滌20min得到濾渣，將其干燥后放入剛玉研缽研磨Ih并過(guò)100目標(biāo)準(zhǔn)篩，即得植物源天然高分子絮凝劑。
[0013]將本發(fā)明制備的植物源天然高分子絮凝劑投加進(jìn)造紙廢水中，控制投加的量為50mg/L，待投加完成后，對(duì)其攪拌30min后，靜置40min即可完成對(duì)廢水的處理。檢測(cè)處理后的廢水，發(fā)現(xiàn)COD去除率達(dá)到99%，脫色率達(dá)到94%，懸浮物去除率為97%。
[0014]實(shí)例3
首先稱取750g新鮮的蘆薈葉放入超聲清洗儀中，并向超聲清洗儀中加入去離子水直至將蘆薈完全浸沒(méi)，以250W功率超聲振蕩洗滌17min，用刮皮刀切除蘆薈兩側(cè)的尖刺后再依次削去上下兩層綠皮，得到中間的蘆薈肉；再將上述得到的蘆薈肉放入高速勻漿機(jī)中，以850(^/11^11轉(zhuǎn)速勻漿粉碎401^11得蘆薈肉勻漿，再按質(zhì)量比為10:1將蘆薈肉勻漿和732陽(yáng)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行混合，再加入兩者總體積4倍蒸餾水，放置在搖床上振蕩混合4h，得混合液；用濃度為lmol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)混合液pH至2.5，再將其移入85°C水浴鍋中保溫浸提3h，浸提結(jié)束后用2層紗布進(jìn)行過(guò)濾，分離得到濾液，按體積比為1:3將濾液逐滴滴入無(wú)水乙醇中并在5°C的冰水浴中靜置沉淀過(guò)夜，轉(zhuǎn)入布氏漏斗用無(wú)水乙醇抽濾洗滌4遍，將濾渣干燥后即得蘆薈膠粉末;接著按質(zhì)量比為1:1將上述得到的蘆薈膠粉末和魔芋淀粉混合后放入剛玉研缽中，研磨混合12min，將得到的混合粉末裝入陶瓷發(fā)酵罐，加入混合粉末等質(zhì)量的豆?jié){，攪拌均勻得泥狀混合物，再按接種量為10%向混合物中接入酵母菌，在35°C下保溫發(fā)酵改性2周；待發(fā)酵結(jié)束后，取出發(fā)酵產(chǎn)物放入烘箱在45°C下干燥過(guò)夜，稱取150g干燥產(chǎn)物放入1.1L異丙醇中，加熱升溫至55°C保溫溶脹2h后再加入5g3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨，用濃度為0.5mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至9.2，得預(yù)混液;將上述得到的預(yù)混液放入微波振蕩儀中，以250W功率振蕩醚化改性2h后移入布氏漏斗，用無(wú)水乙醇反復(fù)抽濾洗滌25min得到濾渣，將其干燥后放入剛玉研缽研磨Ih并過(guò)100目標(biāo)準(zhǔn)篩，即得植物源天然高分子絮凝劑。
[0015]將本發(fā)明制備的植物源天然高分子絮凝劑投加進(jìn)造紙廢水中，控制投加的量為52mg/L，待投加完成后，對(duì)其攪拌40min后，靜置45min即可完成對(duì)廢水的處理。檢測(cè)處理后的廢水，發(fā)現(xiàn)COD去除率達(dá)到99%，脫色率達(dá)到95%，懸浮物去除率為98%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種植物源天然高分子絮凝劑的制備方法，其特征在于具體制備步驟為: (1)稱取700?800g新鮮的蘆薈葉放入超聲清洗儀中，并向超聲清洗儀中加入去離子水直至將蘆薈完全浸沒(méi)，以200?300W功率超聲振蕩洗滌15?20min，用刮皮刀切除蘆薈兩側(cè)的尖刺后再依次削去上下兩層綠皮，得到中間的蘆薈肉； (2)將上述得到的蘆薈肉放入高速勻漿機(jī)中，以8000?9000r/min轉(zhuǎn)速勻漿粉碎30?50min得蘆薈肉勻漿，再按質(zhì)量比為10:1將蘆薈肉勻漿和732陽(yáng)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行混合，再加入兩者總體積3?5倍蒸餾水，放置在搖床上振蕩混合3?5h，得混合液； (3)用濃度為lmol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)混合液pH至2.0?3.0，再將其移入80?90°C水浴鍋中保溫浸提2?4h，浸提結(jié)束后用2?3層紗布進(jìn)行過(guò)濾，分離得到濾液，按體積比為1:3將濾液逐滴滴入無(wú)水乙醇中并在4?6°C的冰水浴中靜置沉淀過(guò)夜，轉(zhuǎn)入布氏漏斗用無(wú)水乙醇抽濾洗滌3?5遍，將濾渣干燥后即得蘆薈膠粉末； (4)按質(zhì)量比為1:1將上述得到的蘆薈膠粉末和魔芋淀粉混合后放入剛玉研缽中，研磨混合10?15min，將得到的混合粉末裝入陶瓷發(fā)酵罐，加入混合粉末等質(zhì)量的豆?jié){，攪拌均勻得泥狀混合物，再按接種量為10%向混合物中接入酵母菌，在30?40°C下保溫發(fā)酵改性2?3周； (5)發(fā)酵結(jié)束后，取出發(fā)酵產(chǎn)物放入烘箱在40?50°C下干燥過(guò)夜，稱取100?200g干燥產(chǎn)物放入1.0?1.2L異丙醇中，加熱升溫至50?60°C保溫溶脹I?2h后再加入4?6g3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨，用濃度為0.5mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至9.0?9.5，得預(yù)混液； (6)將上述得到的預(yù)混液放入微波振蕩儀中，以200?300W功率振蕩醚化改性I?2h后移入布氏漏斗，用無(wú)水乙醇反復(fù)抽濾洗滌20?30min得到濾渣，將其干燥后放入剛玉研缽研磨I?2h并過(guò)100目標(biāo)準(zhǔn)篩，即得植物源天然高分子絮凝劑。
【文檔編號(hào)】C02F1/52GK106044984SQ201610568549
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月19日
【發(fā)明人】雷春生, 薛培龍, 林茂平
【申請(qǐng)人】雷春生