CN104724809B - 一种基于天然高分子的三元共聚絮凝剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于天然高分子的三元共聚絮凝剂及其制备方法，属于有机高分子材料和水处理絮凝剂技术领域。它是采用丙烯酰胺接枝共聚阳离子的壳聚糖和阴离子的木质素或黄腐酸形成的絮凝剂。本发明制得的基于天然高分子的三元共聚絮凝剂为粉末状，颜色基本为白色，略带棕色。该絮凝剂兼具阳离子和阴离子絮凝剂的特点，并具有价格低廉和环保的优点，对各种电镀废水、染料废水、城市污水、蒙脱土悬浮液等都具有良好的絮凝作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于天然高分子的三元共聚絮凝剂及其制备方法，属于有机高分子材料和水处理絮凝剂技术领域。
背景技术
水资源污染已是一个严重的社会问题，污水中的重金属离子、农药、杀虫剂和环境激素等对人类的健康带来巨大的威胁。多年的实践和研究表明，废水处理过程中加入絮凝剂混凝污水中的污染物质是一种有效的方法之一，它具有工艺简单和成本低廉的特点，因此国内外研究者对絮凝剂的研制非常重视。近年来，随着石油危机的日益严重和人类环保意识的不断加强，研究者开始不断探索各种天然、廉价和高效的絮凝材料。目前广泛被使用的天然高分子主要有：纤维素、淀粉、甲壳素、壳聚糖、木质素、黄腐酸和海藻酸钠等。天然高分子作为絮凝剂材料有其独特的特点，首先其原料无毒或低毒，可生物降解，不会产生二次污染。其次材料来源广泛，价格低廉。最重要的是天然高分子具有多个活性基团，适用性强。如能开发出基于天然高分子的高效絮凝剂，其应用前景将十分广阔（Lee CS, Robinson J, Chong
MF. A review on application of flocculants in wastewater treatment. Process
Safety and Environmental Protection. 2014;92:489-508）。但天然高分子本身分子量较低，分子量分布宽，絮凝效果相比于合成高分子絮凝剂还有一定的差距。为解决其絮凝效果的问题，可采用天然高分子和合成高分子进行接枝共聚，取其各自的优点，提高其分子量，从而提高絮凝能力。
目前，将天然高分子通过化学改性或接枝共聚的方法制备各种絮凝剂的技术已见公开报导。CN102745789A公开了丙烯酰胺和腐殖酸共聚合成了油田废水用可生化功能性絮凝剂，提高了絮凝剂的耐盐性，耐矿化度可高达50000mg/L。但其主要成分为合成高分子聚丙烯酰胺，天然高分子腐殖酸的含量较低。而将多个天然高分子通过合成高分子连接，形成更高分子量絮凝剂的研究和应用还少见报导。
发明内容
本发明的主要设想是采用阳离子的壳聚糖和阴离子的木质素或黄腐酸为天然高分子原料，利用丙烯酰胺将阳离子和阴离子的天然高分子接枝共聚，形成分子量更高、活性基团更多的高效三元共聚高分子絮凝剂。该絮凝剂将兼具阳离子和阴离子絮凝剂的特点，并具有价格低廉和环保的优点。
本发明中基于天然高分子的三元共聚絮凝剂的制备方法具体如下：(1) 配制质量浓度为2～4％的壳聚糖溶液。(2) 配制质量浓度为5～10％的木质素或黄腐酸溶液。(3) 混合上述溶液，加入丙烯酰胺，质量浓度在2～4％之间。 (4) 加入等摩尔体积浓度的过硫酸钾/硫代硫酸钠作为引发剂，其总引发剂浓度控制在0.04～0.08 mol/L之间。(5) 反应温度控制在50～70℃之间，搅拌恒温反应8～10小时。(6) 反应结束后加入乙醇析出絮凝剂，过滤、洗涤、低温干燥得成品。
本发明制得的基于天然高分子的三元共聚絮凝剂为粉末状，颜色基本为白色，略带棕色。该絮凝剂具有多个活性基团,兼具阳离子和阴离子絮凝剂的特点，分子量高，对各种电镀废水、染料废水、城市污水、蒙脱土悬浮液等都具有良好的絮凝作用。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明内容作进一步的说明，但本发明的实现方式并不局限于此。
实施例1：称取2 g壳聚糖，溶解于100 ml质量分数为1％的醋酸水中，称取5 g碱木质素或木质素磺酸盐，溶解于100 ml水中。混合上述两种溶液，加入4g丙烯酰胺，电磁搅拌均匀。加入2.16 g的过硫酸钾和1.26 g的硫代硫酸钠作为引发剂。控制反应温度为70 ℃，恒温反应8小时。向反应溶液加入乙醇100ml，析出的固体经过滤、洗涤、烘干制得壳聚糖－丙烯酰胺－木质素絮凝剂。
实施例2：称取4 g壳聚糖，溶解于100 ml质量分数为1％的醋酸水中。称取10 g黄腐酸钾或黄腐酸钠，溶解于100 ml水中。混合上述两种溶液，加入8g丙烯酰胺，电磁搅拌均匀。加入4.32 g的过硫酸钾和2.52 g的硫代硫酸钠作为引发剂。控制反应温度为50 ℃，恒温反应10小时。向反应溶液加入乙醇100ml，析出的固体经过滤、洗涤、烘干制得壳聚糖－丙烯酰胺－黄腐酸絮凝剂。
Claims (3)
1.一种基于天然高分子的三元共聚絮凝剂，包括采用丙烯酰胺接枝共聚阳离子的壳聚糖和阴离子的木质素、木质素磺酸盐、黄腐酸钠或黄腐酸钾形成的絮凝剂，其特征在于分别配制质量浓度为2～4％的壳聚糖溶液和质量浓度为5～10％的木质素、木质素磺酸盐、黄腐酸钠或黄腐酸钾溶液，混合上述溶液，加入丙烯酰胺，质量浓度在2～4％之间，加入等摩尔体积浓度的过硫酸钾/硫代硫酸钠作为引发剂，其总引发剂浓度控制在0.04～0.08 mol/L之间，反应温度控制在50～70℃之间，搅拌恒温反应8～10小时，反应结束后加入乙醇析出絮凝剂，过滤、洗涤、低温干燥得成品。
2.根据权利要求1所述的基于天然高分子的三元共聚絮凝剂，其特征在于所使用的壳聚糖分子量在20～40万之间。
3.根据权利要求1所述的基于天然高分子的三元共聚絮凝剂制备方法，包括以下步骤：
(1) 配制质量浓度为2～4％的壳聚糖溶液；
(2) 配制质量浓度为5～10％的木质素、木质素磺酸盐、黄腐酸钠或黄腐酸钾溶液；
(3) 混合上述溶液，加入丙烯酰胺，质量浓度在2～4％之间；
(4) 加入等摩尔体积浓度的过硫酸钾/硫代硫酸钠作为引发剂，其总引发剂浓度控制在0.04～0.08 mol/L之间；
(5) 反应温度控制在50～70℃之间，搅拌恒温反应8～10小时；
(6) 反应结束后加入乙醇析出絮凝剂，过滤、洗涤、低温干燥得成品。
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