CN107285446A - 一种絮凝剂及其合成方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种絮凝剂及其合成方法与应用，本发明絮凝剂主要由特定用量比例的多孔矿物材料、有机絮凝剂和导电剂合成得到，合成方法工艺简单，适于大规模生产；本发明絮凝剂能够有效处理和修复污染严重水体，优化提升水体水质状况，快速有效吸附污水中的污染物，形成絮状大颗粒并迅速沉淀，而且不会改变水体的pH值，不会对水体的物理性质、化学性质和生态活性产生影响，处理后的水体可直接重复再生利用。
Description
技术领域
本发明涉及环境治理领域，具体而言，涉及一种絮凝剂及其合成方法与应用。
背景技术
污水，通常指受一定污染的、来自生活和生产的排出水。污水主要有生活污水、工业废水、商业污水和地表水体。污水的主要污染物有病原体污染物、耗氧污染物、植物营养物和有毒污染物等。
污染严重的水体往往呈现黑臭特征，其主要原因为：
在缺氧厌氧条件下，水体中的铁、锰等金属离子与水中硫离子形成硫化亚铁、硫化锰等化合物，可在水中形成悬浮颗粒，硫化亚铁、硫化锰等可导致使水体变黑。
在缺氧和厌氧的条件下，有机物腐败分解产生胺、硫化氯、硫醇、硫醚、有机胺和有机酸可导致使水体发臭。
相关技术中，采用絮凝剂对污水进行处理，对于污染严重的水体，处理效果有限，需额外加大絮凝剂的用量，而过量使用絮凝剂其絮凝过程的副产物往往也会对水体造成污染；此外，絮凝剂的使用往往会造成水体pH值的改变，对水体的物理性质、化学性质和生态活性具有显著影响，这将会对水体中的水生动植物的正常生长造成直接影响。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种絮凝剂，所述的絮凝剂，能够有效处理和修复污染严重水体，优化提升水体水质状况，快速有效吸附污水中的污染物，形成絮状大颗粒并迅速沉淀，而且不会改变水体的pH值，不会对水体的物理性质、化学性质和生态活性产生影响，处理后的水体可直接重复再生利用。
本发明的第二目的在于提供一种所述的絮凝剂的合成方法，该方法工艺简单，适于大规模生产。
本发明的第三目的在于提供一种所述的絮凝剂的应用，所述的絮凝剂可用于各类污水处理，使用方法简单，快速有效，同时不会对水体的物理性质、化学性质和生态活性产生影响，处理后的水体可直接重复再生利用。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种絮凝剂，所述絮凝剂主要由以下质量份数的成分合成得到：
多孔矿物材料40-80份、有机絮凝剂40-80份和导电剂20-40份。
本发明絮凝剂主要由特定用量比例的多孔矿物材料、有机絮凝剂和导电剂合成得到，能够有效处理和修复污染严重水体，优化提升水体水质状况，快速有效吸附污水中的污染物，形成絮状大颗粒并迅速沉淀，而且不会改变水体的pH值，不会对水体的物理性质、化学性质和生态活性产生影响，处理后的水体可直接重复再生利用。
优选地，所述絮凝剂主要由以下质量份数的成分合成得到：
多孔矿物材料50-70份、有机絮凝剂50-70份和导电剂25-35份。
进一步优选地，所述絮凝剂主要由以下质量份数的成分合成得到：
多孔矿物材料60份、有机絮凝剂60份和导电剂30份。
可选地，所述多孔矿物材料内部含有三维孔道结构、二维层状孔道结构和一维柱状孔结构中的一种或多种。
可选地，所述多孔矿物材料包括天然多孔矿物材料中的一种或多种。
可选地，所述多孔矿物材料包括沸石、硅藻土、膨润土、蒙脱石、蛭石、凹凸棒石、海泡石和石棉中的一种或多种。
可选地，所述有机絮凝剂包括天然有机絮凝剂中的一种或多种，优选包括蛋白质和多糖类化合物中的一种或多种，进一步优选包括淀粉、蛋白质、动物胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠中的一种或多种，更优选包括淀粉和蛋白质。
可选地，所述淀粉和蛋白质的质量比为1-10：1，优选为3-7：1，进一步优选为5：1。
可选地，所述淀粉包括直链淀粉和支链淀粉中的一种或多种，优选包括直链淀粉中的一种或多种。
可选地，所述蛋白质包括植物源蛋白质和动物源蛋白质中的一种或多种，优选包括水溶性蛋白质中的一种或多种，优选包括水溶性蛋白质中的一种或多种,进一步包括大豆分离蛋白质、鱼胶原蛋白质、牛奶酪蛋白质、藻蓝蛋白质和小麦蛋白质中的一种或多种。
可选地，所述导电剂包括碳导电剂中的一种或多种，优选包括碳黑、碳纤维、碳纳米管、活性炭、石墨和石墨烯中的一种或多种，进一步优选包括碳黑、活性炭和石墨中的一种或多种。
上述的一种絮凝剂的合成方法，按比例将多孔矿物材料、有机絮凝剂和导电剂充分混合搅拌均匀，得到一种絮凝剂。
本发明絮凝剂的合成方法工艺简单，适于大规模生产。
可选地，所述搅拌的搅拌速度为800-1200rpm，优选为900-1100rpm，进一步优选为1000rpm。
可选地，所述搅拌的搅拌时间为20-120min，优选为40-80min，进一步优选为60min。
上述的一种絮凝剂的应用，所述絮凝剂用于污水治理。
本发明絮凝剂可用于各类污水处理，使用方法简单，快速有效，同时不会对水体的物理性质、化学性质和生态活性产生影响，处理后的水体可直接重复再生利用。
可选地，将所述絮凝剂加入污水中，搅拌，絮凝，沉降。
可选地，所述搅拌包括在400-600rpm转速下搅拌10-20min，之后在50-150rpm转速下搅拌20-30min，优选包括在450-550rpm转速下搅拌12-18min，之后在80-120rpm转速下搅拌22-28min，进一步优选包括在500rpm转速下搅拌15min，之后在100rpm转速下搅拌25min。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明絮凝剂主要由特定用量比例的多孔矿物材料、有机絮凝剂和导电剂合成得到，合成方法工艺简单，适于大规模生产；本发明絮凝剂能够有效处理和修复污染严重水体，优化提升水体水质状况，快速有效吸附污水中的污染物，形成絮状大颗粒并迅速沉淀，而且不会改变水体的pH值，不会对水体的物理性质、化学性质和生态活性产生影响，处理后的水体可直接重复再生利用。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明具体实施方式提供了一种絮凝剂，所述絮凝剂主要由以下质量份数的成分合成得到：
多孔矿物材料40-80份、有机絮凝剂40-80份和导电剂20-40份。
本发明絮凝剂主要由特定用量比例的多孔矿物材料、有机絮凝剂和导电剂合成得到，能够有效处理和修复污染严重水体，优化提升水体水质状况，快速有效吸附污水中的污染物，形成絮状大颗粒并迅速沉淀，而且不会改变水体的pH值，不会对水体的物理性质、化学性质和生态活性产生影响，处理后的水体可直接重复再生利用。
多孔矿物材料能够作为有机絮凝剂和导电剂的载体，同时其多孔结构能够用于吸附各类污染物。
有机絮凝剂在水体中发生絮凝反应，能够结合多孔矿物材料捕获各类污染物，形成絮状大颗粒并迅速沉淀。
导电剂能够储存和传递电子，使絮凝过程中产生的电荷通过导电剂传递到絮状物表面，絮状物内部的电荷也能通过导电剂传导到絮状物表面，进一步促进絮凝剂吸引吸附水体中的重金属离子等污染物。
优选地，所述絮凝剂主要由以下质量份数的成分合成得到：
多孔矿物材料50-70份、有机絮凝剂50-70份和导电剂25-35份。
进一步优选地，所述絮凝剂主要由以下质量份数的成分合成得到：
多孔矿物材料60份、有机絮凝剂60份和导电剂30份。
采用优选的多孔矿物材料、有机絮凝剂和导电剂的用量比例，有助于提高所得絮凝剂对污水的净化效果，提高净化效率。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述多孔矿物材料内部含有三维孔道结构、二维层状孔道结构和一维柱状孔结构中的一种或多种。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述多孔矿物材料包括天然多孔矿物材料中的一种或多种。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述多孔矿物材料包括沸石、硅藻土、膨润土、蒙脱石、蛭石、凹凸棒石、海泡石和石棉中的一种或多种。
采用特定多孔矿物材料，有助于对有机絮凝剂和导电剂稳定负载，同时利用其多孔结构吸附各类污染物，也能够辅助絮凝剂在絮凝过程冲充分吸附水体中的各类污染物，提高净化效率和净水效果，采用稳定的天然多孔矿物材料也不会改变水体的pH值，不会对水体的物理性质、化学性质和生态活性产生影响，处理后的水体可直接重复再生利用。
本发明多孔矿物材料可通过市售购买的方式获得。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述有机絮凝剂包括天然有机絮凝剂中的一种或多种，优选包括蛋白质和多糖类化合物中的一种或多种，进一步优选包括淀粉、蛋白质、动物胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠中的一种或多种，更优选包括淀粉和蛋白质。
采用特定有机絮凝剂，有助于其与多孔矿物材料稳定结合，促进絮凝过程的进行，提高净化效率和净水效果，同时保持水体pH及物理性质、化学性质和生态活性的稳定。
此外，蛋白质和多糖类化合物同时又能起到黏结剂的作用，促进多孔矿物材料、有机絮凝剂和导电剂稳定结合。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述淀粉和蛋白质的质量比为1-10：1，优选为3-7：1，进一步优选为5：1。
采用特定淀粉和蛋白质的用量比，有助于进一步促进絮凝过程的进行，提高净化效率和净水效果，同时保持水体pH的稳定，进一步保持水体物理性质、化学性质和生态活性的稳定。絮凝效果一般随淀粉的用量增加而增强。但淀粉的用量达到一定值时，会出现最佳絮凝效果，再增加用量反而絮凝效果下降，当淀粉过量较大时，还会使所形成的絮状体重新分散。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述淀粉包括直链淀粉和支链淀粉中的一种或多种，优选包括直链淀粉中的一种或多种。
采用特定淀粉，有助于进一步促进絮凝过程的进行，提高净化效率和净水效果，同时保持水体pH的稳定，进一步保持水体物理性质、化学性质和生态活性的稳定。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述蛋白质包括植物源蛋白质和动物源蛋白质中的一种或多种，优选包括水溶性蛋白质中的一种或多种，优选包括水溶性蛋白质中的一种或多种,进一步包括大豆分离蛋白质、鱼胶原蛋白质、牛奶酪蛋白质、藻蓝蛋白质和小麦蛋白质中的一种或多种。
采用特定蛋白质，有助于进一步促进絮凝过程的进行，提高净化效率和净水效果，同时保持水体pH的稳定，进一步保持水体物理性质、化学性质和生态活性的稳定。
本发明淀粉和蛋白质都可以通过市售购买的方式获得。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述导电剂包括碳导电剂中的一种或多种，优选包括碳黑、碳纤维、碳纳米管、活性炭、石墨和石墨烯中的一种或多种，进一步优选包括碳黑、活性炭和石墨中的一种或多种。
采用特定导电剂，有助于其与多孔矿物材料稳定结合，通过导电剂对电子的储存和传到，使絮凝过程中产生的电荷通过导电剂传递到絮状物表面，絮状物内部的电荷也能通过导电剂传导到絮状物表面，更易于打破污水体系的平衡，进一步促进絮凝剂吸引吸附水体中的重金属离子等污染物。此外，特定碳导电剂包含三维多孔及层状多孔结构，同时也能起到部分吸附剂的作用，有助于进一步提高所得絮凝剂的净化效率和净水效果。
上述的一种絮凝剂的合成方法，按比例将多孔矿物材料、有机絮凝剂和导电剂充分混合搅拌均匀，得到一种絮凝剂。
本发明絮凝剂的合成方法工艺简单，适于大规模生产。
可采用高速搅拌机等将多孔矿物材料、有机絮凝剂和导电剂充分混合搅拌均匀，在搅拌过程中应避免使用水，可根据情况使用乙醇等促进原料的充分均匀混合。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述搅拌的搅拌速度为800-1200rpm，优选为900-1100rpm，进一步优选为1000rpm。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述搅拌的搅拌时间为20-120min，优选为40-80min，进一步优选为60min。
采用特定搅拌速率和搅拌时间，有助于促进多孔矿物材料、有机絮凝剂和导电剂的充分均匀混合，提高所得絮凝剂的稳定性及净水效果。
上述的一种絮凝剂的应用，所述絮凝剂用于污水治理。
本发明絮凝剂可用于各类污水处理，使用方法简单，可以以粉末状投入水中，通过混合搅拌产生电荷，有效吸附水中各类颗粒状的硫化亚铁、硫化锰等悬浮物，并能将水体中COD、氨、氮、磷、重金属等各类有机物和无机物吸附出来，形成絮状大颗粒并迅速沉淀，快速有效，同时不会对水体的物理性质、化学性质和生态活性产生影响，处理后的水体可直接重复再生利用。
本发明絮凝剂可用于下水道挖掏，淤泥的处理，池塘、湖泊、河道清理等领域，对使用温度没有特殊要求，在室外水体冰点以上自然温度下都能进行使用，但温度低时，有机絮凝剂的水解过程会变慢，可能需要更长的搅拌时间。本发明絮凝剂的具体用量与污水中的污染物含量有关，对于污染较为严重的污水，可适量增加本发明絮凝剂的用量。
本发明一种优选的具体实施方式中，将所述絮凝剂加入污水中，搅拌，絮凝，沉降。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述搅拌包括在400-600rpm转速下搅拌10-20min，之后在50-150rpm转速下搅拌20-30min，优选包括在450-550rpm转速下搅拌12-18min，之后在80-120rpm转速下搅拌22-28min，进一步优选包括在500rpm转速下搅拌15min，之后在100rpm转速下搅拌25min。
采用特定搅拌方式，高速搅拌过程有助于促进絮凝剂在水体中充分分散，后续降低搅拌速率有助于形成稳定的絮状物，避免絮状物被剪切成絮粒，造成分散，影响后续的沉降效果。
实施例1
一种絮凝剂的合成方法，包括如下步骤：
(1)分别称量海泡石粉(生产商为灵寿县瑞达矿业有限公司)40kg、直链淀粉(生产商为河南冉升化工产品有限公司)20kg、大豆分离蛋白质粉(生产商为上海乐香生物科技有限公司)20kg和导电碳黑粉(生产商为灵寿县权达矿产品加工厂)20kg；
(2)将海泡石粉、直链淀粉、大豆分离蛋白粉和导电炭黑粉分别加入高速搅拌机中，在800rpm的搅拌速度下，搅拌120min，得到一种絮凝剂。
实施例2
一种絮凝剂的合成方法，包括如下步骤：
(1)分别称量蒙脱石粉(生产商为灵寿县永鑫矿物粉体厂)80kg、直链淀粉(生产商为山西中诺生物科技有限公司)60kg、水溶性鱼胶原蛋白质粉(生产商为河南华悦化工产品有限公司)6kg、海藻酸钠粉(生产商为广州市江顺化工科技有限公司)14kg和活性炭粉(生产商为郑州兴森活性炭有限公司)40kg；
(2)将蒙脱石粉、直链淀粉、水溶性鱼胶原蛋白粉、海藻酸钠粉和活性炭粉分别加入高速搅拌机中，加入无水乙醇润湿物料，在1200rpm的搅拌速度下，搅拌20min，得到一种絮凝剂。
实施例3
一种絮凝剂的合成方法，包括如下步骤：
(1)分别称量硅藻土粉(生产商为广州益康新材料科技有限公司)50kg、直链淀粉(生产商为湖南世纪华星生物工程有限公司)37.5kg、牛奶酪蛋白质粉(生产商为陕西泰克生物科技有限公司)12.5kg和石墨粉(生产商为宁波海曙鼎创化工有限公司)25kg；
(2)将硅藻土粉、直链淀粉、牛奶酪蛋白粉和石墨粉分别加入高速搅拌机中，加入无水乙醇润湿物料，在900rpm的搅拌速度下，搅拌80min，得到一种絮凝剂。
实施例4
一种絮凝剂的合成方法，包括如下步骤：
(1)分别称量膨润土粉(生产商为潍坊市坊子区兴隆膨润土厂)70kg、直链淀粉(生产商为山东西唐生物科技有限公司)56kg、藻蓝蛋白质粉(生产商为西安瑞盈生物科技有限公司)8kg、羧甲基纤维素钠(生产商为济南东轩生物工程有限公司)6kg和活性炭粉(生产商为巩义市车元炭粉厂)35kg；
(2)将膨润土粉、直链淀粉、藻蓝蛋白粉、羧甲基纤维素钠和活性炭粉分别加入高速搅拌机中，在1100rpm的搅拌速度下，搅拌40min，得到一种絮凝剂。
实施例5
一种絮凝剂的合成方法，包括如下步骤：
(1)分别称量沸石粉(生产商为平桥区万山矿物制品厂)60kg、直链淀粉(生产商为合肥博美生物科技有限责任公司)50kg、小麦蛋白质粉(生产商为江苏麦凯乐生物科技有限公司)10kg和石墨粉(生产商为青岛日升石墨有限公司)30kg；
(2)将沸石粉、直链淀粉、小麦蛋白粉和石墨粉分别加入高速搅拌机中，在1000rpm的搅拌速度下，搅拌60min，得到一种絮凝剂。
采用本发明各实施例所得絮凝剂进行净水性能测试，取相同室外自然环境污染水体水样，其中对比例1-3依次分别为聚合氯化铝(生产商为德州瑞星净水原料有限公司)、聚合硫酸铁(生产商为巩义市恒生水处理材料有限公司)和非离子型聚丙烯酰胺(生产商为任丘市鹏阳化工有限公司)，所得结果如表1所示：
表1本发明絮凝剂净水效果
通过表1可以看出，聚合氯化铝、聚合硫酸铁和非离子型聚丙烯酰胺为现有技术中常用高效絮凝剂，其使用方法均按其现有技术中常规操作方法进行，聚合氯化铝、聚合硫酸铁所需用量较高，而且均对水体pH产生了较大的影响，对水体的脱色效果差，所需沉降时间较长，固形物和絮凝剂残留率较高，这会对水质产生影响；而非离子型聚丙烯酰胺所需用量较少，但其也会对水体pH产生影响，COD、氨和氮的去除率低，固形物和絮凝剂残留率较低，虽然聚丙烯酰胺本身无毒，但其内残留的单体丙烯酰胺是一种神经性制毒剂，仍有可能对水体环境造成危害。
相比之下，本发明絮凝剂在较低用量下，即可够有效处理和修复污染严重水体，快速有效吸附污水中的各类污染物，所需用量少，脱色率高，对于固形物、COD、氨、氮、磷和重金属的去除率高，由于采用了多孔矿物材料作为载体，沉降速率高，絮凝剂残留率低，而且不会改变水体的pH值，不会对水体的物理性质、化学性质和生态活性产生影响，处理后的水体可直接重复再生利用。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。
Claims (10)
1.一种絮凝剂，其特征在于，所述絮凝剂主要由以下质量份数的成分合成得到：
多孔矿物材料40-80份、有机絮凝剂40-80份和导电剂20-40份；
优选地，所述絮凝剂主要由以下质量份数的成分合成得到：
多孔矿物材料50-70份、有机絮凝剂50-70份和导电剂25-35份；
进一步优选地，所述絮凝剂主要由以下质量份数的成分合成得到：
多孔矿物材料60份、有机絮凝剂60份和导电剂30份。
2.根据权利要求1所述的一种絮凝剂，其特征在于，所述多孔矿物材料内部含有三维孔道结构、二维层状孔道结构和一维柱状孔结构中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的一种絮凝剂，其特征在于，所述多孔矿物材料包括天然多孔矿物材料中的一种或多种；
优选地，所述多孔矿物材料包括沸石、硅藻土、膨润土、蒙脱石、蛭石、凹凸棒石、海泡石和石棉中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种絮凝剂，其特征在于，所述有机絮凝剂包括天然有机絮凝剂中的一种或多种，优选包括蛋白质和多糖类化合物中的一种或多种，进一步优选包括淀粉、蛋白质、动物胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠中的一种或多种，更优选包括淀粉和蛋白质。
5.根据权利要求4所述的一种絮凝剂，其特征在于，所述淀粉和蛋白质的质量比为1-10：1，优选为3-7：1，进一步优选为5：1。
6.根据权利要求4所述的一种絮凝剂，其特征在于，所述淀粉包括直链淀粉和支链淀粉中的一种或多种，优选包括直链淀粉中的一种或多种；
可选地，所述蛋白质包括植物源蛋白质和动物源蛋白质中的一种或多种，优选包括水溶性蛋白质中的一种或多种,进一步包括大豆分离蛋白质、鱼胶原蛋白质、牛奶酪蛋白质、藻蓝蛋白质和小麦蛋白质中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种絮凝剂，其特征在于，所述导电剂包括碳导电剂中的一种或多种，优选包括碳黑、碳纤维、碳纳米管、活性炭、石墨和石墨烯中的一种或多种，进一步优选包括碳黑、活性炭和石墨中的一种或多种。
8.如权利要求1-7任一所述的一种絮凝剂的合成方法，其特征在于，按比例将多孔矿物材料、有机絮凝剂和导电剂充分混合搅拌均匀，得到一种絮凝剂；
可选地，所述搅拌的搅拌速度为800-1200rpm，优选为900-1100rpm，进一步优选为1000rpm；
可选地，所述搅拌的搅拌时间为20-120min，优选为40-80min，进一步优选为60min。
9.如权利要求1-7任一所述的一种絮凝剂的应用，其特征在于，所述絮凝剂用于污水治理。
10.根据权利要求9所述的一种絮凝剂的应用，其特征在于，将所述絮凝剂加入污水中，搅拌，絮凝，沉降；
可选地，所述搅拌包括在400-600rpm转速下搅拌10-20min，之后在50-150rpm转速下搅拌20-30min，优选包括在450-550rpm转速下搅拌12-18min，之后在80-120rpm转速下搅拌22-28min，进一步优选包括在500rpm转速下搅拌15min，之后在100rpm转速下搅拌25min。
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