申请日2018.05.22
公开(公告)日2018.09.28
IPC分类号C02F1/52; C02F1/56
摘要
本发明属于絮凝剂技术领域，具体涉及一种用于处理生活污水的环保絮凝剂及其制备方法，所述的制备方法包括：(1)接枝型两性壳聚糖的制备;(2)利用制备得到的接枝型两性壳聚糖改性硅酸镁铝;(3)将改性硅酸镁铝加水搅拌制备得到悬浊液，然后加入硅酸钠水溶液，搅拌混合，加热至50～70℃并保温4～5h，即得所述的环保絮凝剂;本发明中，位于内层的硅酸镁铝具有优异的悬浮能力，位于外层的接枝型两性壳聚糖含有阴阳离子基团，具有两性特征，所形成的大分子网络的絮凝体，不仅能够显著提高对污水中悬浮物的絮凝效果，还可以有效保护内层的硅酸镁铝，避免污水中含有的Ca2+、Mg2+等阳离子对硅酸镁铝层间的Na+产生置换，确保了絮凝剂优异的悬浮效果。
翻译权利要求书
1.一种用于处理生活污水的环保絮凝剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)接枝型两性壳聚糖的制备
将壳聚糖加入氢氧化钠溶液中搅拌混合，接着加入氯乙酸得混合液，加热至45℃，搅拌反应50～60min;反应结束后，调节混合液的pH值至中性，然后加入甲醇水溶液，静置5～10min后，过滤并用无水甲醇洗涤沉淀，干燥沉淀即得羧甲基壳聚糖;
将丙烯酰胺和引发剂在乙醇中混合，然后加入羧甲基壳聚糖，在80～100℃的温度下回流反应1～3h，得到接枝型两性壳聚糖;
(2)在硅酸镁铝粉末中加入碳酸钠，混合均匀后加入硅烷偶联剂，在50～60℃的条件下搅拌反应10～20min，然后加入接枝型两性壳聚糖，继续搅拌反应50～60min后自然冷却至室温，在室温下陈化10～12h，得到改性硅酸镁铝;
(3)将改性硅酸镁铝加水搅拌制备得到悬浊液，然后加入硅酸钠水溶液，搅拌混合10～20min后，加热至50～70℃并保温4～5h，即得所述的环保絮凝剂。
2.根据权利要求1所述的用于处理生活污水的环保絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述壳聚糖和丙烯酰胺的重量比为(0.2～0.8)：1。
3.根据权利要求1所述的用于处理生活污水的环保絮凝剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，经无水甲醇洗涤的沉淀放入真空干燥箱中，控制真空度为0.05～0.35Mpa、干燥温度为40～50℃。
4.根据权利要求1所述的用于处理生活污水的环保絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述引发剂选自偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮异丁氰基甲酰胺中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的用于处理生活污水的环保絮凝剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，碳酸钠的加入量为硅酸镁铝粉末重量的1～10%。
6.一种如权利要求1～5任意一项所述的制备方法制备得到的环保絮凝剂。
说明书
一种用于处理生活污水的环保絮凝剂及其制备方法
技术领域
本发明属于絮凝剂技术领域，具体涉及一种用于处理生活污水的环保絮凝剂及其制备方法。
背景技术
生活污水是居民日常生活中排出的废水，其中所含的污染物主要是有机物和大量病原微生物，存在于生活污水中的有机物极不稳定，容易腐化而产生恶臭。细菌和病原体以生活污水中的有机物为营养而大量繁殖，可导致传染病蔓延流行，因此，生活污水排放前必须进行处理。
现有技术中，对于生活污水，按其处理程度来分可分为一级处理、二级处理和三级处理。一级处理主要是去除污水中呈悬浮状态的固体物质，常用物理法。一级处理后的废水BOD去除率只有20%，仍不宜排放，还需要进行二级处理。
在一级处理中，为了加快呈悬浮状态的固体物质的沉淀，常采用投放絮凝剂的方式进行处理。现有普遍使用的絮凝剂按其化学成分总体分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两类，其中，无机絮凝剂又包括无机凝聚剂和无机高分子絮凝剂;有机絮凝剂又包括合成有机高分子絮凝剂、天然有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。从低分子到高分子，从单一型到复合型，絮凝剂总的开发趋势是向廉价实用、无毒高效的方向发展，无机絮凝剂价格便宜，但对人类健康和生态环境会产生不利影响;有机高分子絮凝剂虽然用量少，浮渣产量少，絮凝能力强，絮体容易分离，除油及除悬浮物效果好，但这类高聚物的残余单体具有“三致”效应(致畸、致癌、致突变)，因而使其应用范围受到限制;微生物絮凝剂因不存在二次污染，使用方便，应用前景诱人，但是，微生物絮凝剂主要包括利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂，目前的微生物絮凝剂主要在医药、食品加工、生物产品分离等领域有应用，将其利用到大量的污水处理技术领域难免得不偿失，造成污水处理成本的上升。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于处理生活污水的环保絮凝剂的制备方法，制备得到的絮凝剂在确保高效絮凝效果的同时，防止絮凝剂对环境造成的破坏。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种用于处理生活污水的环保絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)接枝型两性壳聚糖的制备
将壳聚糖加入氢氧化钠溶液中搅拌混合，接着加入氯乙酸得混合液，加热至45℃，搅拌反应50～60min;反应结束后，调节混合液的pH值至中性，然后加入甲醇水溶液，静置5～10min后，过滤并用无水甲醇洗涤沉淀，干燥沉淀即得羧甲基壳聚糖;
将丙烯酰胺和引发剂在乙醇中混合，然后加入羧甲基壳聚糖，在80～100℃的温度下回流反应1～3h，得到接枝型两性壳聚糖;
(2)在硅酸镁铝粉末中加入碳酸钠，混合均匀后加入硅烷偶联剂，在50～60℃的条件下搅拌反应10～20min，然后加入接枝型两性壳聚糖，继续搅拌反应50～60min后自然冷却至室温，在室温下陈化10～12h，得到改性硅酸镁铝;
(3)将改性硅酸镁铝加水搅拌制备得到悬浊液，然后加入硅酸钠水溶液，搅拌混合10～20min后，加热至50～70℃并保温4～5h，即得所述的环保絮凝剂。
本发明中，采用氯乙酸和壳聚糖反应生产羧甲基壳聚糖，接着将羧甲基壳聚糖与丙烯酰胺和引发剂进一步反应，得到接枝型两性壳聚糖，该接枝型两性壳聚糖具有较高的分子量，从而增强了其絮凝效果，并且还兼具有羧甲基壳聚糖和聚丙烯酰胺的双重特点。具体的，壳聚糖糖环氨基上带有阳离子正电荷，羧基上带有阴离子负电荷，可适用于处理带有不同电荷的水体;所述的壳聚糖为生物可降解材料，具有无毒性、无二次污染的优点。
本发明中所述的硅酸镁铝具有独特的层状镁铝硅酸盐结构，层间主要分布有Na+，其分散在水溶液中可以形成特有的“卡房式”结构，表现为优异的悬浮性，流变性能和胶体特性等，但是，硅酸镁铝的层间Na+具有阳离子可交换性，容易被水中的Ca2+、Mg2+交换出来，使得“卡房式”网状结构发生坍塌，导致其水溶液分散体系出现分层、析水的现象，导致硅酸镁铝的悬浮能力降低。本发明采用碳酸钠对硅酸镁铝进行改性处理，硅酸镁铝表面的Na+富集，从而避免层间的Na+被水中含有的Ca2+、Mg2+交换出来;另外，接枝型两性壳聚糖对硅酸镁铝进行表面的复合改性后，在其表面接枝接枝型两性壳聚糖，形成双重核壳型絮凝剂，位于外层的接枝型两性壳聚糖不仅能够对水中的悬浮物进行吸附，还能保护内层的硅酸镁铝，避免其内部的Na+被置换出来从而确保其优异的悬浮性能;所述的硅酸镁铝也能提供一种的絮凝效果，从而进一步的提高了本发明中所述的絮凝剂的絮凝能力。
进一步的，根据本发明，所述壳聚糖和丙烯酰胺的重量比为(0.2～0.8)：1。
根据本发明，步骤(1)中，经无水甲醇洗涤的沉淀放入真空干燥箱中，控制真空度为0.05～0.35Mpa、干燥温度为40～50℃。
根据本发明，所述引发剂选自偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮异丁氰基甲酰胺中的至少一种。
优选条件下，本发明的步骤(2)中，碳酸钠的加入量为硅酸镁铝粉末重量的1～10%。
本发明中，所述的硅烷偶联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、2-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷、氨乙基氨丙基甲基二甲氧基硅烷、氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷、脲丙基三乙氧基硅烷及脲丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
本发明还提供了一种采用上述制备方法制备得到的环保絮凝剂。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明中提供的环保絮凝剂具有双重核壳结构，位于内层的硅酸镁铝具有优异的悬浮能力，位于外层的接枝型两性壳聚糖含有阴阳离子基团，具有两性特征，所形成的大分子网络的絮凝体，不仅能够显著提高对污水中悬浮物的絮凝效果，还可以有效保护内层的硅酸镁铝，避免污水中含有的Ca2+、Mg2+等阳离子对硅酸镁铝层间的Na+产生置换，确保了絮凝剂优异的悬浮效果;
本发明中，所述的壳聚糖为生物可降解材料，具有无毒性、无二次污染的优点。