CN105217765B - 一种复合高分子絮凝剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合高分子絮凝剂及其制备方法，属于复合材料技术领域。首先以3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵为醚化剂将葡聚糖阳离子化，然后采用交联共混法，将阳离子葡聚糖与壳聚糖进行交联共混反应，制得壳聚糖‑阳离子葡聚糖复合高分子絮凝剂。本发明的絮凝剂对高岭土模拟废水和实际废水具有高效的絮凝效果，并且具有广泛的pH适用性，在污水处理领域具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种复合高分子絮凝剂及其制备方法。
背景技术
随着现代工业的飞速发展，工业废水、矿山废水、家庭生活废水的大量排放以及农业上对农药、化肥的盲目使用，引起了水体的严重污染，严重影响了人们的健康和正常生活。所以污水处理问题日益成为一个亟需解决的问题。其中作为水处理的第一步对污水的絮凝显得尤为重要，絮凝具有除去水中的有机物，降低污水的浊度和色度，减少水中重金属和放射性物质等功能。虽然当前市面上有很多絮凝剂，并且也不乏絮凝效果很好的絮凝剂，比如聚合硫酸铁、聚合硫酸铝、聚丙烯酰胺等絮凝剂。但这些絮凝剂仍存在很多不足，其中铝离子含有剧毒，铁离子会造成仪器设备的腐蚀，而聚丙烯酰胺分解的丙烯酰胺更是有致癌的缺点。作为天然高分子的葡聚糖和壳聚糖与之相比有很大的优势，本身无毒不会造成二次污染，分子量大有更好的吸附和絮凝的能力，且投入成本较低不会造成仪器的损坏。
在天然高分子絮凝剂中，壳聚糖一直受到人们的青睐。壳聚糖是由甲壳素脱乙酰基而来，来源广泛。其作为天然高分子，分子链骨架上分布着大量NH2基，OH基等极性集团和离子键，氢键等，对水中凝胶有着良好的电荷中和和吸附架桥作用且壳聚糖无毒有良好的降解性。但其本身的絮凝能力特别是在碱性条件下还是有限，需要改性。而葡聚糖是一种重要天然高分子，和壳聚糖一样，具有良好的生物相容性，在自然环境能够降解。它是由D-葡萄吡喃糖以α键链接而成的。其来源于微生物生长过程中粘液之中为增加其絮凝能力，增加其分子链上的正电基团是关键。
本发明利用阳离子醚化剂(3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵）使葡聚糖骨架修饰上阳离子基团，并使之与壳聚糖进行交联，既克服了阳离子葡聚糖分子量小吸附架桥作用小的缺点，又克服了壳聚糖碱性条件下絮凝效果差，用量大、成本高的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合高分子絮凝剂及其制备方法，对高岭土模拟废水和实际废水具有高效的絮凝效果，并且具有广泛的pH适用性，在污水处理领域具有良好的应用前景。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
该复合高分子絮凝剂是由阳离子葡聚糖和壳聚糖交联制得的。
制备方法：将葡聚糖阳离子化，然后采用交联共混法，将阳离子葡聚糖与壳聚糖进行交联共混反应，制得壳聚糖-阳离子葡聚糖复合高分子絮凝剂。
具体步骤如下：
（1）将3.24 g葡聚糖均匀地溶于10 mL含有1.5 g氢氧化钠的蒸馏水中，在60℃下，逐滴加入阳离子醚化剂3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，反应12小时；
（2）将步骤（1）得到的阳离子葡聚糖溶液逐滴加入到90wt.%的乙醇溶液中，析出阳离子葡聚糖固体，抽滤，用乙醇清洗2-3次，50℃真空干燥4小时；
（3）将0.1-1g步骤（2）得到的阳离子葡聚糖溶于5 mL水中，将0.3-1g壳聚糖溶于45mL乙酸溶液中；混合，用1mol/L氢氧化钠溶液调节pH=10，加热到60℃，交联反应0.5-4小时；用冷水终止反应，并用1mol/L盐酸溶液调节pH至中性。
本发明的显著优点在于：本发明制得的絮凝剂，在广泛的pH下都有很好的水溶性和高Zeta电位正电性，克服了壳聚糖在碱性条件下絮凝效果差的缺点。并且该絮凝剂不仅对高岭土显示出高效的絮凝效果，并且对实际污水也具有高效的絮凝效果。
附图说明
图1是壳聚糖-阳离子葡聚糖复合高分子絮凝剂的SEM图。
图2（a）pH=7的条件下，不同浓度的壳聚糖-阳离子葡聚糖复合高分子絮凝剂对高岭土模拟废水絮凝；（b）不同pH条件下，壳聚糖-阳离子葡聚糖复合高分子絮凝剂对高岭土模拟废水的絮凝效果。
图3是壳聚糖-阳离子葡聚糖复合高分子絮凝剂对实际废水的絮凝效果：（a）对浊度的去除；（b）对实际废水固体悬浮物的去除。
具体实施方式
（1）首先，将阳离子醚化剂逐滴加入到葡聚糖碱性溶液中进行醚化。
（2）将醚化后的溶液逐滴滴入乙醇水溶液中，析出白色的阳离子葡聚糖固体。
（3）将阳离子葡聚糖固体加入到壳聚糖溶液中在碱性条件下进行交联，得到壳聚糖-阳离子葡聚糖复合高分子絮凝剂。
（4）将絮凝剂应用于高岭土模拟废水检测絮凝效果。
（5）将絮凝剂处理实际污水。
具体操作步骤如下：
（1）将3.24 g葡聚糖均匀的溶于10 mL含有1.5 g氢氧化钠蒸馏水中，在60℃下，将一定量化阳离子醚化剂逐滴加入到葡聚糖溶液中，然后反应进行4 ~ 12 h。
（2）将反应后得到的阳离子葡聚糖溶液逐滴加入到90%的乙醇溶液中，利用减压抽馏装置进行抽滤，将得到析出的白色阳离子葡聚糖固体。然后再利用乙醇溶液清洗2-3次。
（3）秤取将上述步骤（2）得到的阳离子葡聚糖0.7 g溶于5 mL水中，将45 mL含有0.3 ~ 1 g壳聚糖的乙酸溶液加入到阳离子葡聚糖溶液中，用1mol/L的氢氧化钠溶液将其pH值调到10左右。加热到60℃，交联反应0.5 ~ 4 h。最后用冷水终止反应,并用1mol/L的盐酸溶液将pH调到中性。
（4）在1 L的烧杯中加入5 g高岭土和1 L蒸馏水，用变频调速搅拌器以350r/min的转速快速搅拌30 min，使高岭土分散均匀。加入絮凝剂以200r/min 快速搅拌2 min，然后用60 rad/min慢速搅拌5min，静置0 - 2 h取烧杯中部溶液，测定吸光度，检测絮凝效果。
（5）将高岭土悬浊液换成实际污水，其余步骤同步骤（4）所述。
本发明中，所述的阳离子葡聚糖为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵阳离子取代葡聚糖。
本发明中，所述的絮凝检测方法为烧杯实验法。
实施例1：醚化度较高的阳离子葡聚糖交联壳聚糖絮凝剂的制备：
（1）将3.24g葡聚糖均匀的溶于10 mL含有1.5 g氢氧化钠蒸馏水中，在60℃下，将0.02 mol阳离子醚化剂逐滴加入到葡聚糖溶液中，（滴加约20 min）然后反应进行12 h。将反应后得到的阳离子葡聚糖溶液逐滴加入到90%的乙醇溶液中，利用减压抽馏装置进行抽滤，将得到析出的白色阳离子葡聚糖固体。然后再利用乙醇溶液清洗2-3次。
（2）将反应后得到的阳离子葡聚糖溶液逐滴加入到90%的乙醇溶液中，利用减压抽馏装置进行抽滤，将得到析出的白色阳离子葡聚糖固体。然后再利用乙醇溶液清洗2-3次。
（3）将上述（2）步骤得到的阳离子葡聚糖秤取0.7 g溶于5 mL水中，将溶于45 mL乙酸溶液中的0.7 g壳聚糖加入到阳离子葡聚糖溶液中，用1 mol/L的氢氧化钠溶液将其pH值调到10，加热到60℃，交联反应2 h。最后用冷水终止反应，并用1 mol/L的盐酸溶液将pH调到中性。
（4）在1 L的烧杯中加入5 g高岭土和1 L蒸馏水，用变频调速搅拌器以350r/min的转速快速搅拌30 min，使高岭土分散均匀。加入絮凝剂以200r/min 快速搅拌2 min，然后用60 rad/min慢速搅拌5min，静置3 min取烧杯中部溶液，测定吸光度，检测絮凝效果。
（5）将高岭土悬浊液换成实际废水，其余步骤同步骤（4）所述。
图1是壳聚糖-阳离子葡聚糖复合高分子絮凝剂的SEM图。从图中可以看出该絮凝剂表面不仅表面更粗糙，凹凸不平兼有很多褶皱，而且各分子链之间通过交联反应形成了一定的网络结构，这种结构更加有利于促进吸附和架桥作用，从而增强絮凝效果。
实施例2：醚化度适中的阳离子葡聚糖交联壳聚糖絮凝剂的制备：
具体步骤施例如下：
（1）将3.24g葡聚糖均匀的溶于10 mL含有1.5 g氢氧化钠蒸馏水中，在60℃下，将0.015 mol阳离子醚化剂逐滴加入到葡聚糖溶液中，（滴加约20 min）然后反应进行8 h。将反应后得到的阳离子葡聚糖溶液逐滴加入到90%的乙醇溶液中，利用减压抽馏装置进行抽滤，将得到析出的白色阳离子葡聚糖固体。然后再利用乙醇溶液清洗2-3次。
（2）将反应后得到的阳离子葡聚糖溶液逐滴加入到90%的乙醇溶液中，利用减压抽馏装置进行抽滤，将得到析出的白色阳离子葡聚糖固体。然后再利用乙醇溶液清洗2-3次。
（3）将上述（2）步骤得到的阳离子葡聚糖秤取0.7 g溶于5 mL水中，将溶于45 mL乙酸溶液中的0.7 g壳聚糖加入到阳离子葡聚糖溶液中，用1 mol/L的氢氧化钠溶液将其pH值调到10，加热到60℃，交联反应2 h。最后用冷水终止反应，并用1 mol/L的盐酸溶液将pH调到中性。
（4）在1 L的烧杯中加入5 g高岭土和1 L蒸馏水，用变频调速搅拌器以350r/min的转速快速搅拌30 min，使高岭土分散均匀。加入絮凝剂以200r/min 快速搅拌2 min，然后用60 rad/min慢速搅拌5min，静置3 min取烧杯中部溶液，测定吸光度，检测絮凝效果。
（5）将高岭土悬浊液换成实际废水，其余步骤同步骤（4）所述。
实施例3：醚化度较低的阳离子葡聚糖交联壳聚糖絮凝剂的制备
具体步骤实施例如下：
（1）将3.24g葡聚糖均匀的溶于10 mL含有1.5 g氢氧化钠蒸馏水中，在60℃下，将0.005 mol阳离子醚化剂逐滴加入到葡聚糖溶液中，（滴加约20 min）然后反应进行8 h。将反应后得到的阳离子葡聚糖溶液逐滴加入到90%的乙醇溶液中，利用减压抽馏装置进行抽滤，将得到析出的白色阳离子葡聚糖固体。然后再利用乙醇溶液清洗2-3次。
（2）将反应后得到的阳离子葡聚糖溶液逐滴加入到90%的乙醇溶液中，利用减压抽馏装置进行抽滤，将得到析出的白色阳离子葡聚糖固体。然后再利用乙醇溶液清洗2-3次。
（3）将上述（2）步骤得到的阳离子葡聚糖秤取0.7 g溶于5 mL水中，将溶于45 mL乙酸溶液中的0.7 g壳聚糖加入到阳离子葡聚糖溶液中，用1 mol/L的氢氧化钠溶液将其pH值调到10，加热到60℃，交联反应2 h。最后用冷水终止反应，并用1 mol/L的盐酸溶液将pH调到中性。
（4）在1 L的烧杯中加入5 g高岭土和1 L蒸馏水，用变频调速搅拌器以350r/min的转速快速搅拌30 min，使高岭土分散均匀。加入絮凝剂以200r/min 快速搅拌2 min，然后用60 rad/min慢速搅拌5min，静置3 min取烧杯中部溶液，测定吸光度，检测絮凝效果。
（5）将高岭土悬浊液换成实际废水，其余步骤同步骤（4）所述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (1)
1.一种复合高分子絮凝剂的制备方法，其特征在于：将葡聚糖
阳离子化，然后采用交联共混法，将阳离子葡聚糖与壳聚糖进行交联共混反应，制得壳聚
糖-阳离子葡聚糖复合高分子絮凝剂；具体步骤如下：
（1）将3.24 g 葡聚糖均匀地溶于10 mL 含有1.5 g 氢氧化钠的蒸馏水中，在60℃下，
逐滴加入阳离子醚化剂3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，反应12小时；
（2）将步骤（1）得到的阳离子葡聚糖溶液逐滴加入到90wt.% 的乙醇溶液中，析出阳离
子葡聚糖固体，抽滤，用乙醇清洗2-3 次，50℃真空干燥4 小时；
（3）将0.1-1g 步骤（2）得到的阳离子葡聚糖溶于5 mL 水中，将0.3-1g 壳聚糖溶于45
mL 乙酸溶液中；混合，用1mol/L 氢氧化钠溶液调节pH=10，加热到60℃，交联反应0.5-4 小时；用冷水终止反应，并用1mol/L 盐酸溶液调节pH 至中性。
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