CN105936532A - 一种玉米纤维支化有机水处理絮凝剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玉米纤维支化有机水处理絮凝剂的制备方法，属于属于絮凝剂合成领域。本发明采用来源广泛的玉米芯为主要原料，首先用NaOH溶液浸泡，风干后对其粉碎处理，再进行不同温度梯度的热解处理，使玉米芯粉末先干燥失水，然后内部的少量高聚物发生解聚和重组，最后其中所含的部分纤维素、半纤维素和木质素解聚生成低聚糖，通过混入沼气池上清液，使其中的微生物利用生成的低聚糖为营养物质，在玉米芯粉末表面生长发霉而活化，再利用硝酸铈铵为引发剂，N，N‑二甲基己酰胺为溶剂，使活化后的玉米芯粉末与丙烯酰胺接枝共聚，而得到一种玉米纤维支化有机水处理絮凝剂。

Description

一种玉米纤维支化有机水处理絮凝剂的制备方法

技术领域

本发明公开了一种玉米纤维支化有机水处理絮凝剂的制备方法，属于絮凝剂合成领域。

背景技术

近年来，随着经济的飞速发展，水资源的需求量迅猛增加，为了保障水资源的可持续发展，解决水污染的治理问题，全世界在水处理方面开发了多种工艺，如絮凝沉淀法、生化法、离子交换法、吸附法、化学氧化法、电渗析法及微生物处理等。而絮凝沉淀法应用广泛，在废水一级处理中占据重要地位，絮凝剂是该工艺的核心，其种类及性质直接影响着处理效果。

目前使用广泛的絮凝剂种类主要有：无机高分子絮凝剂、有机高分子絮凝剂、微生物絮凝剂和复合絮凝剂。其中无机高分子絮凝剂成本低廉，除浊脱色能力突出，但絮体不密实，投加量大，此外，在制备过程中易引入杂质，且不易降解，容易对水体产生二次污染；对于有机高分子絮凝剂，虽然安全环保，可生物降解，但是分子质量小，单独使用时脱水效果不好，且成本较高；微生物絮凝剂得益于微生物复杂的表面结构，处理效果高效安全，但微生物菌种的筛选培养技术复杂，培养基成本昂贵，无法工业化大批量生产。

近年来，聚丙烯酰胺类絮凝剂对剩余污泥的絮凝脱水应用在市场上占有绝对优势，但其单体毒性较强，价格昂贵，难生物降解，因此，寻找环保低价、性能好的絮凝剂就成为了探寻热点。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：针对目前传统絮凝剂在制备和使用过程中出现的，有机絮凝剂其制备所需单体毒性较强，絮凝沉淀物难生物降解，而无机絮凝剂使用后水体中残留金属易超标，造成对环境二次污染的问题，提供了一种玉米纤维支化有机水处理絮凝剂的制备方法，本发明采用来源广泛的玉米芯为主要原料，首先用NaOH溶液浸泡，风干后对其粉碎处理，再进行不同温度梯度的热解处理，使玉米芯粉末先干燥失水，然后内部的少量高聚物发生解聚和重组，最后其中所含的部分纤维素、半纤维素和木质素解聚生成低聚糖，通过混入沼气池上清液，使其中的微生物利用生成的低聚糖为营养物质，在玉米芯粉末表面生长发霉而活化，再利用硝酸铈铵为引发剂，N，N-二甲基己酰胺为溶剂，使活化后的玉米芯粉末与丙烯酰胺接枝共聚，而得到一种玉米纤维支化有机水处理絮凝剂。本发明所得絮凝剂原料为天然玉米芯，廉价易得，无毒无污染，得益于表面生长的霉菌及其代谢产物，聚合生成的絮凝剂分子量可达1800～2000万，只需少量添加，即可达到高效絮凝效果，且产生的絮凝沉淀物可用微生物降解，不会产生二次污染。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

（1）取玉米芯6～8根，经人工挑拣除杂后，将其转入盛有1～2L质量浓度为6～8%NaOH溶液的烧杯中，浸泡1～2h后，用去离子水洗涤3～5次，随后自然风干3～5天，再将其转入粉碎机中，粉碎后过筛，得80～100目玉米芯粉末；

（2）在马弗炉中加入100～200g上述所得玉米芯粉末，以10～15mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以10～20℃/min速率逐步升温至110～120℃，保温处理10～20min后，以4～6℃/min速率升温至180～200℃，保温处理30～40min后，继续以4～6℃/min速率升温至350～380℃，保温处理20～40min后，随炉冷却至室温，得预处理玉米芯粉末；

（3）将上述所得预处理玉米芯粉末转入烧杯中，再加入20～40mL沼气池上清液，用玻璃棒搅拌5～10min后，将烧杯置于避光环境中，使其自然发霉4～6天，再将发霉后的玉米芯粉末转入盛有150～200mL去离子水的混料机中，启动搅拌器，以300～600r/min速率搅拌混合30～60min，出料，再将其转入95～105℃烘箱中，干燥处理2～4h，得活化玉米芯粉末；

（4）依次称取5～10g上述所得活化玉米芯粉末和0.06～0.08g硝酸铈铵，加入盛有40～60mLN，N-二甲基己酰胺的待搅拌三口烧瓶中，再将烧瓶转入50～60℃恒温水浴锅中，启动搅拌器，设定转速为300～600r/min，在搅拌状态下，加入6～10g丙烯酰胺和3～5g乙酸乙烯酯，继续恒温搅拌反应4～6h后，将搅拌转速升至800～1000r/min，在快速搅拌状态下，滴加10～15mL质量分数为10%二甲胺水溶液和10～15mL质量分数为10%甲醛水溶液，继续搅拌反应40～60min；

（5）待反应结束后，将三口烧瓶中物料自然冷却至室温，再将物料转入烧杯中，滴加丙酮直至完全析出沉淀为止，抽滤除去滤液，用丙酮洗涤滤饼3～5次，再将其转入60～65℃真空干燥箱中，干燥处理2～4h，即得玉米纤维支化有机水处理絮凝剂。

本发明所得玉米纤维支化有机水处理絮凝剂的物理性质：本发明所得絮凝剂为白色粉末，固含量为90～93%，阳离子度为88～92%，分子量可达1800～2000万。

本发明的具体应用方法：取1～3L长江南京段水样，测定其浊度，记录数值，再称取5～8g本发明所得絮凝剂，加入盛有1L去离子水的烧杯中，随后将其置于数显测速恒温磁力搅拌器上，加热升温至45～50℃，以300～600r/min转速搅拌20～30min，得糊状浆料，量取1～3mL所得糊状浆料，投入1～3L水样中，启动搅拌器，以300～500r/min转速搅拌处理5～10min，停止搅拌，静置10～20min后，再次测定其浊度，发现浊度的去除率为90～95%，过滤后，将沉淀物与沼气池上清液混匀后，集中堆放8～10天，即可完全降解。

本发明的有益效果：

（1）采用来源广泛，廉价易得的玉米芯为主要原材料，减缓了传统玉米芯燃烧处理后带来的环境污染的问题；

（2）本发明所得絮凝剂采用天然材料制备得到，产生的絮凝沉淀物经微生物发酵处理后可快速自行分解，不会对环境造成二次污染。

具体实施方式

取玉米芯6～8根，经人工挑拣除杂后，将其转入盛有1～2L质量浓度为6～8%NaOH溶液的烧杯中，浸泡1～2h后，用去离子水洗涤3～5次，随后自然风干3～5天，再将其转入粉碎机中，粉碎后过筛，得80～100目玉米芯粉末；在马弗炉中加入100～200g上述所得玉米芯粉末，以10～15mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以10～20℃/min速率逐步升温至110～120℃，保温处理10～20min后，以4～6℃/min速率升温至180～200℃，保温处理30～40min后，继续以4～6℃/min速率升温至350～380℃，保温处理20～40min后，随炉冷却至室温，得预处理玉米芯粉末；将上述所得预处理玉米芯粉末转入烧杯中，再加入20～40mL沼气池上清液，用玻璃棒搅拌5～10min后，将烧杯置于避光环境中，使其自然发霉4～6天，再将发霉后的玉米芯粉末转入盛有150～200mL去离子水的混料机中，启动搅拌器，以300～600r/min速率搅拌混合30～60min，出料，再将其转入95～105℃烘箱中，干燥处理2～4h，得活化玉米芯粉末；依次称取5～10g上述所得活化玉米芯粉末和0.06～0.08g硝酸铈铵，加入盛有40～60mLN，N-二甲基己酰胺的待搅拌三口烧瓶中，再将烧瓶转入50～60℃恒温水浴锅中，启动搅拌器，设定转速为300～600r/min，在搅拌状态下，加入6～10g丙烯酰胺和3～5g乙酸乙烯酯，继续恒温搅拌反应4～6h后，将搅拌转速升至800～1000r/min，在快速搅拌状态下，滴加10～15mL质量分数为10%二甲胺水溶液和10～15mL质量分数为10%甲醛水溶液，继续搅拌反应40～60min；待反应结束后，将三口烧瓶中物料自然冷却至室温，再将物料转入烧杯中，滴加丙酮直至完全析出沉淀为止，抽滤除去滤液，用丙酮洗涤滤饼3～5次，再将其转入60～65℃真空干燥箱中，干燥处理2～4h，即得玉米纤维支化有机水处理絮凝剂。

实例1

取玉米芯6根，经人工挑拣除杂后，将其转入盛有1L质量浓度为6%NaOH溶液的烧杯中，浸泡1h后，用去离子水洗涤3次，随后自然风干3天，再将其转入粉碎机中，粉碎后过筛，得80目玉米芯粉末；在马弗炉中加入100g上述所得玉米芯粉末，以10mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以10℃/min速率逐步升温至110℃，保温处理10min后，以4℃/min速率升温至180℃，保温处理30min后，继续以4℃/min速率升温至350℃，保温处理20min后，随炉冷却至室温，得预处理玉米芯粉末；将上述所得预处理玉米芯粉末转入烧杯中，再加入20mL沼气池上清液，用玻璃棒搅拌5min后，将烧杯置于避光环境中，使其自然发霉4天，再将发霉后的玉米芯粉末转入盛有150mL去离子水的混料机中，启动搅拌器，以300r/min速率搅拌混合30min，出料，再将其转入95℃烘箱中，干燥处理2h，得活化玉米芯粉末；依次称取5g上述所得活化玉米芯粉末和0.06g硝酸铈铵，加入盛有40mLN，N-二甲基己酰胺的待搅拌三口烧瓶中，再将烧瓶转入50℃恒温水浴锅中，启动搅拌器，设定转速为300r/min，在搅拌状态下，加入6g丙烯酰胺和3g乙酸乙烯酯，继续恒温搅拌反应4h后，将搅拌转速升至800r/min，在快速搅拌状态下，滴加10mL质量分数为10%二甲胺水溶液和10mL质量分数为10%甲醛水溶液，继续搅拌反应40min；待反应结束后，将三口烧瓶中物料自然冷却至室温，再将物料转入烧杯中，滴加丙酮直至完全析出沉淀为止，抽滤除去滤液，用丙酮洗涤滤饼3次，再将其转入60℃真空干燥箱中，干燥处理2h，即得玉米纤维支化有机水处理絮凝剂。

本发明所得玉米纤维支化有机水处理絮凝剂的物理性质：本发明所得絮凝剂为白色粉末，固含量为90%，阳离子度为88%，分子量可达1800万。

本发明的具体应用方法：取1L长江南京段水样，测定其浊度，记录数值，再称取5g本发明所得絮凝剂，加入盛有1L去离子水的烧杯中，再将其置于数显测速恒温磁力搅拌器上，加热升温至45℃，以300r/min转速搅拌20min，得糊状浆料，量取1mL所得糊状浆料，投入1L水样中，启动搅拌器，以300r/min转速搅拌处理5min，停止搅拌，静置10min后，再次测定其浊度，发现浊度的去除率为90%，过滤后，将沉淀物与沼气池上清液混匀后，集中堆放8天，即可完全降解。

实例2

取玉米芯7根，经人工挑拣除杂后，将其转入盛有1.5L质量浓度为7%NaOH溶液的烧杯中，浸泡1.5h后，用去离子水洗涤4次，随后自然风干4天，再将其转入粉碎机中，粉碎后过筛，得90目玉米芯粉末；在马弗炉中加入150g上述所得玉米芯粉末，以12mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以15℃/min速率逐步升温至115℃，保温处理15min后，以5℃/min速率升温至190℃，保温处理35min后，继续以5℃/min速率升温至360℃，保温处理30min后，随炉冷却至室温，得预处理玉米芯粉末；将上述所得预处理玉米芯粉末转入烧杯中，再加入30mL沼气池上清液，用玻璃棒搅拌8min后，将烧杯置于避光环境中，使其自然发霉5天，再将发霉后的玉米芯粉末转入盛有180mL去离子水的混料机中，启动搅拌器，以500r/min速率搅拌混合45min，出料，再将其转入100℃烘箱中，干燥处理3h，得活化玉米芯粉末；依次称取8g上述所得活化玉米芯粉末和0.07g硝酸铈铵，加入盛有50mLN，N-二甲基己酰胺的待搅拌三口烧瓶中，再将烧瓶转入55℃恒温水浴锅中，启动搅拌器，设定转速为500r/min，在搅拌状态下，加入8g丙烯酰胺和4g乙酸乙烯酯，继续恒温搅拌反应5h后，将搅拌转速升至900r/min，在快速搅拌状态下，滴加12mL质量分数为10%二甲胺水溶液和12mL质量分数为10%甲醛水溶液，继续搅拌反应50min；待反应结束后，将三口烧瓶中物料自然冷却至室温，再将物料转入烧杯中，滴加丙酮直至完全析出沉淀为止，抽滤除去滤液，用丙酮洗涤滤饼4次，再将其转入62℃真空干燥箱中，干燥处理3h，即得玉米纤维支化有机水处理絮凝剂。

本发明所得玉米纤维支化有机水处理絮凝剂的物理性质：本发明所得絮凝剂为白色粉末，固含量为92%，阳离子度为90%，分子量可达1900万。

本发明的具体应用方法：取2L长江南京段水样，测定其浊度，记录数值，再称取6g本发明所得絮凝剂，加入盛有1L去离子水的烧杯中，再将其置于数显测速恒温磁力搅拌器上，加热升温至48℃，以500r/min转速搅拌25min，得糊状浆料，量取2mL所得糊状浆料，投入2L水样中，启动搅拌器，以400r/min转速搅拌处理8min，停止搅拌，静置15min后，再次测定其浊度，发现浊度的去除率为92%，过滤后，将沉淀物与沼气池上清液混匀后，集中堆放9天，即可完全降解。

实例3

取玉米芯8根，经人工挑拣除杂后，将其转入盛有2L质量浓度为8%NaOH溶液的烧杯中，浸泡2h后，用去离子水洗涤5次，随后自然风干5天，再将其转入粉碎机中，粉碎后过筛，得100目玉米芯粉末；在马弗炉中加入200g上述所得玉米芯粉末，以15mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以20℃/min速率逐步升温至120℃，保温处理20min后，以6℃/min速率升温至200℃，保温处理40min后，继续以6℃/min速率升温至380℃，保温处理40min后，随炉冷却至室温，得预处理玉米芯粉末；将上述所得预处理玉米芯粉末转入烧杯中，再加入40mL沼气池上清液，用玻璃棒搅拌10min后，将烧杯置于避光环境中，使其自然发霉6天，再将发霉后的玉米芯粉末转入盛有200mL去离子水的混料机中，启动搅拌器，以600r/min速率搅拌混合60min，出料，再将其转入105℃烘箱中，干燥处理4h，得活化玉米芯粉末；依次称取10g上述所得活化玉米芯粉末和0.08g硝酸铈铵，加入盛有60mLN，N-二甲基己酰胺的待搅拌三口烧瓶中，再将烧瓶转入60℃恒温水浴锅中，启动搅拌器，设定转速为600r/min，在搅拌状态下，加入10g丙烯酰胺和5g乙酸乙烯酯，继续恒温搅拌反应6h后，将搅拌转速升至1000r/min，在快速搅拌状态下，滴加15mL质量分数为10%二甲胺水溶液和15mL质量分数为10%甲醛水溶液，继续搅拌反应60min；待反应结束后，将三口烧瓶中物料自然冷却至室温，再将物料转入烧杯中，滴加丙酮直至完全析出沉淀为止，抽滤除去滤液，用丙酮洗涤滤饼5次，再将其转入65℃真空干燥箱中，干燥处理4h，即得玉米纤维支化有机水处理絮凝剂。

本发明所得玉米纤维支化有机水处理絮凝剂的物理性质：本发明所得絮凝剂为白色粉末，固含量为93%，阳离子度为92%，分子量可达2000万。

本发明的具体应用方法：取3L长江南京段水样，测定其浊度，记录数值，再称取8g本发明所得絮凝剂，加入盛有1L去离子水的烧杯中，再将其置于数显测速恒温磁力搅拌器上，加热升温至50℃，以600r/min转速搅拌30min，得糊状浆料，量取3mL所得糊状浆料，投入3L水样中，启动搅拌器，以500r/min转速搅拌处理10min，停止搅拌，静置20min后，再次测定其浊度，发现浊度的去除率为95%，过滤后，将沉淀物与沼气池上清液混匀后，集中堆放10天，即可完全降解。

Claims (1)

1.一种复合水处理絮凝剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）取玉米芯6～8根，经人工挑拣除杂后，将其转入盛有1～2L质量浓度为6～8%NaOH溶液的烧杯中，浸泡1～2h后，用去离子水洗涤3～5次，随后自然风干3～5天，再将其转入粉碎机中，粉碎后过筛，得80～100目玉米芯粉末；

（2）在马弗炉中加入100～200g上述所得玉米芯粉末，以10～15mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以10～20℃/min速率逐步升温至110～120℃，保温处理10～20min后，以4～6℃/min速率升温至180～200℃，保温处理30～40min后，继续以4～6℃/min速率升温至350～380℃，保温处理20～40min后，随炉冷却至室温，得预处理玉米芯粉末；

（3）将上述所得预处理玉米芯粉末转入烧杯中，再加入20～40mL沼气池上清液，用玻璃棒搅拌5～10min后，将烧杯置于避光环境中，使其自然发霉4～6天，再将发霉后的玉米芯粉末转入盛有150～200mL去离子水的混料机中，启动搅拌器，以300～600r/min速率搅拌混合30～60min，出料，得发霉玉米芯粉浆料，再将其转入95～105℃烘箱中，干燥处理2～4h，得活化玉米芯粉末；

（4）依次称取5～10g上述所得活化玉米芯粉末和0.06～0.08g硝酸铈铵，加入盛有40～60mLN，N-二甲基己酰胺的待搅拌三口烧瓶中，再将烧瓶转入50～60℃恒温水浴锅中，启动搅拌器，设定转速为300～600r/min，在搅拌状态下，加入6～10g丙烯酰胺和3～5g乙酸乙烯酯，继续恒温搅拌反应4～6h后，将搅拌转速升至800～1000r/min，在快速搅拌状态下，滴加10～15mL质量分数为10%二甲胺水溶液和10～15mL质量分数为10%甲醛水溶液，继续搅拌反应40～60min；

（5）待反应结束后，将三口烧瓶中物料自然冷却至室温，再将物料转入烧杯中，滴加丙酮直至完全析出沉淀为止，抽滤除去滤液，用丙酮洗涤滤饼3～5次，再将其转入60～65℃真空干燥箱中，干燥处理2～4h，即得复合水处理絮凝剂。