CN104725644A - 一种基于天然高分子的两性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两性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。它采用阳离子的壳聚糖和阴离子的木质素或黄腐酸为原料，在一定反应条件下通过接枝共聚制备出基于壳聚糖、木质素或黄腐酸的天然高分子絮凝剂。本发明制得的天然高分子絮凝剂为略带棕色的白色颗粒。该制备方法的主要特点是反应条件温和，工艺简单。原料采用来源丰富价格低廉的天然高分子，合成的絮凝剂无毒、环保、适合各种电镀废水、染料废水和城市污水的处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于天然高分子的两性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
高分子絮凝剂在废水处理中占有重要的位置，并已形成规模生产。目前工业中大量使用的高分子絮凝剂主要是聚丙烯酰胺类絮凝剂，它具有分子量高、絮凝能力强和适用能力强的特点，但其残余单体具有致畸、致癌、致突变等作用，对环境造成较大的危害。天然高分子来源广泛，具有价格低廉、活性基团多、无毒等特点，在水处理领域也得到了广泛地重视。但目前天然高分子絮凝剂主要为阳离子或阴离子类，两性天然高分子絮凝剂的研究和开发较为少见。
工业中广泛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、腐殖酸和海藻酸钠等。其中甲壳素和壳聚糖为自然界中罕见的阳离子弱碱性多糖，广泛分布在甲壳类动物、昆虫外壳和真菌类的细胞壁中，年产量上百亿吨。壳聚糖本身或其改性、接枝共聚、交联和水解产物在絮凝剂领域应用广泛（王爱勤，甲壳素化学，科学出版社，2008）。木质素和黄腐酸是自然界典型的阴离子型高分子，有很高的产量，它们结构复杂，但都含有大量的酚羟基、醇羟基、醛基、酮基、半醌基、甲氧基、羧基等活性基团，因而对各种重金属离子和有机污染物具有较强的吸附和络合能力, 可用于重金属离子污水和各种含有机污染物污水的处理（Verma AK, Dash RR, Bhunia P. A review on chemical coagulation/flocculation technologies for removal of colour from textile wastewaters. J Environ Manage. 2012;93:154-168）。
目前，将壳聚糖或木质素单独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。CN103756907A公开了将壳聚糖改性制备成胍基壳聚糖的制备方法，用于微藻的絮凝取得了良好的效果。CN101362816A公开了从造纸制浆废液中提取木质素磺酸盐，并将其与丙烯酰胺接枝共聚成絮凝剂，对印染废水和生活污水的处理效果良好。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。综上所述，将多种天然高分子改性合成为两性高分子絮凝剂的研究和应用还未见报导。
发明内容
本发明的主要利用阳离子的壳聚糖接枝共聚阴离子的木质素或黄腐酸，提高聚合物的分子量，增加活性基团的种类，从而提高其絮凝能。合成的基于天然高分子的两性絮凝剂具有高效、价格低廉和环保的特点。
本发明中接枝共聚天然高分子絮凝剂的制备方法具体如下：(1) 配制质量浓度为4～8％的壳聚糖溶液。(2) 配制质量浓度为10～20％的木质素或黄腐酸溶液。(3) 混合上述溶液，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。(4) 反应温度控制在50～70℃之间，搅拌恒温反应5～10小时。(5) 加入乙醇析出絮凝剂，过滤洗涤后干燥得成品天然高分子絮凝剂。
本发明制得的壳聚糖/木质素或壳聚糖/黄腐酸为颗粒状，颜色基本为白色，略带棕色。该天然高分子絮凝剂对各种电镀废水、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，絮凝沉降速度快。该制备方法的主要特点是反应条件温和，工艺简单。原料采用来源丰富价格低廉的天然高分子，合成的絮凝剂无毒、环保、适合多种废水的处理。
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10 g壳聚糖，溶解于250 ml质量分数为2％的醋酸水中，称取25 g碱木质素或木质素磺酸盐，溶解于250 ml水中。混合上述两种溶液，电磁搅拌均匀。加入5.4 g的过硫酸钾和3.16 g的硫代硫酸钠作为引发剂。控制反应温度为50 ℃，恒温反应5小时。向反应溶液加入乙醇200ml，析出的固体经过滤、洗涤、烘干制得壳聚糖/木质素两性天然高分子絮凝剂。
实施例2：称取20 g壳聚糖，溶解于250 ml质量分数为2％的醋酸水中。称取50 g黄腐酸钾或黄腐酸钠，溶解于250 ml水中。混合上述两种溶液，加入10.8g的过硫酸钾和6.32 g的硫代硫酸钠作为引发剂。控制反应温度为70 ℃，恒温反应10小时。向反应溶液加入乙醇200ml，析出的固体经过滤、洗涤、烘干制得壳聚糖/黄腐酸两性天然高分子絮凝剂。
Claims (4)
1.一种基于天然高分子的两性絮凝剂，包括阳离子的壳聚糖接枝共聚阴离子的木质素或黄腐酸形成的两性天然高分子絮凝剂，其特征在于分别配制质量浓度为4～8％的壳聚糖溶液和质量浓度为10～20％的木质素或黄腐酸溶液，混合上述溶液，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5～10小时，加入乙醇析出絮凝剂，过滤洗涤干燥后制得成品两性天然高分子絮凝剂。
2.根据权利要求1所述的天然高分子两性絮凝剂，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所述的天然高分子两性絮凝剂，其特征在于所使用的木质素为碱木质素或木质素磺酸盐，所使用的黄腐酸为黄腐酸钠或黄腐酸钾。
4.根据权利要求1所述的天然高分子两性絮凝剂制备方法，包括以下步骤：
（1）配制质量浓度为4～8％的壳聚糖溶液；
（2）配制质量浓度为10～20％的木质素或黄腐酸溶液；
（3）混合上述溶液，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；
（4）反应温度控制在50～70℃之间，搅拌恒温反应5～10小时；
（5）加入乙醇析出絮凝剂，洗涤后干燥得成品两性天然高分子絮凝剂。
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