CN106311159A - 一种复合过滤材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种复合过滤材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合过滤材料及其制备方法和应用，该复合过滤材料，由以下按照重量份的原料组成：聚环氧琥珀酸10‑18份、海藻酸钠1‑8份、茶皂素5‑12份、羟丙基淀粉36‑44份。将配制的茶皂素溶液与羟丙基淀粉加热搅拌处理，再加入聚环氧琥珀酸处理，然后加入海藻酸钠溶液搅拌处理，再经超声处理、搅拌至干、高温煅烧即得。本发明制得的复合过滤材料能够有效的吸附重金属，提高了水质净化效果且无二次污染，具有高吸附能力、吸附时间短、添加量少、热稳定性、可塑性、抗压强度高等优点，易回收，回收后经煅烧后可重复利用。本发明制备过程简单、易操作，制备参数稳定，制得的复合过滤材料性能稳定，制备成本低，适于工业化生产。

Description

一种复合过滤材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及水处理材料技术领域，具体是一种复合过滤材料及其制备方法和应用。
背景技术
饮用水是指可以不经处理、直接供给人体饮用的水。水是体液的主要组成部分，是构成细胞、组织液、血浆等的重要物质。水作为体内一切化学反应的媒介，是各种营养素和物质运输的平台。随着工业发展，城市生活饮用水水源受污染程度日益加剧，同时随着生活水平的提高，人们对饮用水质的要求以及饮用水质标准越来越严格。目前市场上用于水处理的活性炭材料，其作用原理主要是通过物理吸附作用的方式将污染物与水进行分离。但采用活性炭为水处理剂存在一些问题，如活性炭的吸附量还需进一步提高，且其吸附为物理吸附，容易在吸附过程中脱附，造成二次污染。现需要开发一个新的材料用于水处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高吸附能力、吸附时间短、添加量少、热稳定性、抗压强度高、易回收、可重复利用的复合过滤材料及其制备方法和应用，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种复合过滤材料，由以下按照重量份的原料组成：聚环氧琥珀酸10-18份、海藻酸钠1-8份、茶皂素5-12份、羟丙基淀粉36-44份。
作为本发明进一步的方案：所述复合过滤材料，由以下按照重量份的原料组成：聚环氧琥珀酸12-16份、海藻酸钠3-6份、茶皂素7-10份、羟丙基淀粉38-42份。
作为本发明进一步的方案：所述复合过滤材料，由以下按照重量份的原料组成：聚环氧琥珀酸14份、海藻酸钠5份、茶皂素8份、羟丙基淀粉40份。
本发明另一目的是提供一种复合过滤材料的制备方法，由以下步骤组成：
1)将海藻酸钠与其质量6倍的去离子水混合，制得海藻酸钠溶液；将茶皂素与其质量4倍的75％乙醇混合，制得茶皂素溶液；
2)将茶皂素溶液与羟丙基淀粉混合，并在55℃的温度下加热搅拌处理30-35min，然后加入聚环氧琥珀酸，并在80℃的温度下加热搅拌处理45min，再加入海藻酸钠溶液并在65℃的温度下搅拌10min后，再进行超声处理30min，超声功率为800W，超声温度为65℃，然后再125℃的温度下搅拌至干，在再300℃的温度下煅烧4h，即得复合过滤材料。
本发明又一目的是提供所述复合过滤材料在水处理中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中利用茶皂素、聚环氧琥珀酸对羟丙基淀粉进行处理，再与海藻酸钠进行作用，经超声、高温煅烧制得的复合过滤材料能够有效的吸附重金属，提高了水质净化效果且无二次污染，具有高吸附能力、吸附时间短、添加量少、热稳定性、可塑性、抗压强度高等优点，易回收，回收后经煅烧后可重复利用。本发明制备过程简单、易操作，制备参数稳定，制得的复合过滤材料性能稳定，制备成本低，适于工业化生产。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例中，一种复合过滤材料，由以下按照重量份的原料组成：聚环氧琥珀酸10份、海藻酸钠1份、茶皂素5份、羟丙基淀粉36份。
将海藻酸钠与其质量6倍的去离子水混合，制得海藻酸钠溶液；将茶皂素与其质量4倍的体积浓度为75％的乙醇混合，制得茶皂素溶液。将茶皂素溶液与羟丙基淀粉混合，并在55℃的温度下加热搅拌处理30min，然后加入聚环氧琥珀酸，并在80℃的温度下加热搅拌处理45min，再加入海藻酸钠溶液并在65℃的温度下搅拌10min后，再进行超声处理30min，超声功率为800W，超声温度为65℃，然后再125℃的温度下搅拌至干，在再300℃的温度下煅烧4h，即得复合过滤材料。
实施例2
本发明实施例中，一种复合过滤材料，由以下按照重量份的原料组成：聚环氧琥珀酸18份、海藻酸钠8份、茶皂素12份、羟丙基淀粉44份。
将海藻酸钠与其质量6倍的去离子水混合，制得海藻酸钠溶液；将茶皂素与其质量4倍的75％乙醇混合，制得茶皂素溶液。将茶皂素溶液与羟丙基淀粉混合，并在55℃的温度下加热搅拌处理35min，然后加入聚环氧琥珀酸，并在80℃的温度下加热搅拌处理45min，再加入海藻酸钠溶液并在65℃的温度下搅拌10min后，再进行超声处理30min，超声功率为800W，超声温度为65℃，然后再125℃的温度下搅拌至干，在再300℃的温度下煅烧4h，即得复合过滤材料。
实施例3
本发明实施例中，一种复合过滤材料，由以下按照重量份的原料组成：聚环氧琥珀酸12份、海藻酸钠3份、茶皂素7份、羟丙基淀粉38份。
将海藻酸钠与其质量6倍的去离子水混合，制得海藻酸钠溶液；将茶皂素与其质量4倍的75％乙醇混合，制得茶皂素溶液。将茶皂素溶液与羟丙基淀粉混合，并在55℃的温度下加热搅拌处理32min，然后加入聚环氧琥珀酸，并在80℃的温度下加热搅拌处理45min，再加入海藻酸钠溶液并在65℃的温度下搅拌10min后，再进行超声处理30min，超声功率为800W，超声温度为65℃，然后再125℃的温度下搅拌至干，在再300℃的温度下煅烧4h，即得复合过滤材料。
实施例4
本发明实施例中，一种复合过滤材料，由以下按照重量份的原料组成：聚环氧琥珀酸16份、海藻酸钠6份、茶皂素10份、羟丙基淀粉42份。
将海藻酸钠与其质量6倍的去离子水混合，制得海藻酸钠溶液；将茶皂素与其质量4倍的75％乙醇混合，制得茶皂素溶液。将茶皂素溶液与羟丙基淀粉混合，并在55℃的温度下加热搅拌处理32min，然后加入聚环氧琥珀酸，并在80℃的温度下加热搅拌处理45min，再加入海藻酸钠溶液并在65℃的温度下搅拌10min后，再进行超声处理30min，超声功率为800W，超声温度为65℃，然后再125℃的温度下搅拌至干，在再300℃的温度下煅烧4h，即得复合过滤材料。
实施例5
本发明实施例中，一种复合过滤材料，由以下按照重量份的原料组成：聚环氧琥珀酸14份、海藻酸钠5份、茶皂素8份、羟丙基淀粉40份。
将海藻酸钠与其质量6倍的去离子水混合，制得海藻酸钠溶液；将茶皂素与其质量4倍的75％乙醇混合，制得茶皂素溶液。将茶皂素溶液与羟丙基淀粉混合，并在55℃的温度下加热搅拌处理32min，然后加入聚环氧琥珀酸，并在80℃的温度下加热搅拌处理45min，再加入海藻酸钠溶液并在65℃的温度下搅拌10min后，再进行超声处理30min，超声功率为800W，超声温度为65℃，然后再125℃的温度下搅拌至干，在再300℃的温度下煅烧4h，即得复合过滤材料。
实施例6
将4mg的实施例1-5制备的复合过滤材料各自与10mL浓度为8ppm的汞离子、8ppm的铅离子的水溶液混合，搅拌反应4h。处理后的水溶液中汞离子、铅离子浓度通过电感耦合等离子体质谱(Thermo ICP-MS XII)检测，汞离子浓度均小于1.1ppb，铅离子浓度均小于2.0ppb。
实施例1-5处理污水的结果如表1所示。
表1
名称 处理的污染物的种类与用量 处理后污染物的含量(ppb)
实施例1-5 10ml汞元素浓度为8ppm的水溶液 汞元素＜1.1ppb
实施例1-5 10ml铅元素浓度为8ppm的水溶液 铅元素＜2.0ppb
从表1可以看出，复合过滤材料可以高效地除去水中的重金属离子。
实施例7
将4mg的实施例1-5制备的复合过滤材料各自与10mL浓度为8ppm的汞离子、8ppm的铅离子的水溶液混合，调节上述溶液的pH值至7，搅拌反应4h。处理后的水溶液中汞离子、铅离子浓度通过电感耦合等离子体质谱(THERMO ICP-MS XII)检测，汞离子浓度均小于1.1ppb，铅离子浓度均小于2.0ppb。
实施例8
采用实施例7相同的步骤，不同的是，调节复合过滤材料与汞离子、铅离子水溶液混合液的pH值至5。
实施例9
采用实施例7相同的步骤，不同的是，调节复合过滤材料与汞离子、铅离子水溶液混合液的pH值至3。
实施例7-9处理污水的结果如表2所示。
表2
名称 pH值 处理后污染物的含量(ppb)
实施例7 7 汞元素＜1.1ppb，铅元素＜2.0ppb
实施例8 5 汞元素＜1.1ppb，铅元素＜2.0ppb
实施例9 3 汞元素＜1.1ppb，铅元素＜2.0ppb
从表2的结果可以看出，采用本发明制备得到的复合过滤材料，在不同的pH值条件下均具有良好的水处理效果。
对比例1
将20mg的羟丙基淀粉，其余步骤同实施例6，处理结果为：汞元素365ppb，铅元素430ppb。
对比例2
将20mg的对比例2，其中对比例2无羟丙基淀粉，其余配方及制备过程与实施例5一致，处理步骤同实施例6，处理结果为：汞元素1655ppb，铅元素1825ppb。
对比例3
将20mg的对比例3，对比例3无茶皂素，其余配方及制备过程与实施例5一致，处理步骤同实施例6，处理结果为：汞元素252ppb，铅元素296ppb。
对比例4
将20mg的对比例4，对比例4无羟丙基淀粉、茶皂素，其余配方及制备过程与实施例5一致，处理步骤同实施例6，处理结果为：汞元素2165ppb，铅元素2245ppb。
实施例6与对比例1-4的处理汞离子、铅离子的结果如表3所示。
表3
名称 水处理剂用量 处理后污染物的含量(ppb)
实施例6 4 汞元素＜1.1ppb，铅元素＜2.0ppb
对比例1 20 汞元素365ppb，铅元素430ppb
对比例2 20 汞元素1655ppb，铅元素1825ppb
对比例3 20 汞元素252ppb，铅元素296ppb
对比例4 20 汞元素2165ppb，铅元素2245ppb
从表3的结果可以看出，实施例6中采用本发明的复合过滤材料处理汞离子、铅离子的效果明显优于对比例1中采用羟丙基淀粉处理汞离子、铅离子的效果。对比例2-4的结果表明，在羟丙基淀粉与茶皂素的相互作用下，并配合其它原料使得本发明具有优异的处理汞离子、铅离子的能力。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种复合过滤材料，其特征在于，由以下按照重量份的原料组成：聚环氧琥珀酸10-18份、海藻酸钠1-8份、茶皂素5-12份、羟丙基淀粉36-44份。
2.根据权利要求1所述的复合过滤材料，其特征在于，由以下按照重量份的原料组成：聚环氧琥珀酸12-16份、海藻酸钠3-6份、茶皂素7-10份、羟丙基淀粉38-42份。
3.根据权利要求1所述的复合过滤材料，其特征在于，由以下按照重量份的原料组成：聚环氧琥珀酸14份、海藻酸钠5份、茶皂素8份、羟丙基淀粉40份。
4.一种如权利要求1-3任一所述的复合过滤材料的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：
1)将海藻酸钠与其质量6倍的去离子水混合，制得海藻酸钠溶液；将茶皂素与其质量4倍的75％乙醇混合，制得茶皂素溶液；
2)将茶皂素溶液与羟丙基淀粉混合，并在55℃的温度下加热搅拌处理30-35min，然后加入聚环氧琥珀酸，并在80℃的温度下加热搅拌处理45min，再加入海藻酸钠溶液并在65℃的温度下搅拌10min后，再进行超声处理30min，超声功率为800W，超声温度为65℃，然后再125℃的温度下搅拌至干，在再300℃的温度下煅烧4h，即得复合过滤材料。
5.如权利要求1-3任一所述的复合过滤材料在水处理中的应用。
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