CN107572645B - 一种絮凝抑菌型水处理剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种絮凝抑菌型水处理剂，该水处理剂包括絮凝剂和缓释絮凝剂，其制备步骤为：以3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵为醚化剂，在碱性条件下与淀粉合成制得絮凝剂；采用包膜法，将可溶性纤维素包覆絮凝剂得缓释絮凝剂；取絮凝剂和缓释絮凝剂，混合均匀，即得水处理剂。有益效果为：本发明的水处理剂具有超强的絮凝性和抑菌性；该水处理剂在投加进污水后能分布发挥作用，提高了药剂的使用性能，简化了投药设备，降低了使用成本；该水处理剂能生物降解、绿色环保，生产成本很低，降低水处理成本，不会对环境产生二次污染，制备方法简单可行，具有很强的工业应用价值。

Description

一种絮凝抑菌型水处理剂

技术领域

本发明涉及环境科学技术领域，尤其是涉及一种絮凝抑菌型水处理剂。

背景技术

当前世界面临着严重的淡水短缺问题，而各类污水排放量的増加更是加剧了用水紧张的状况。水处理剂是一类重要的精细化工产品，在工业污水及生活废水的净化处理中具有重要作用。可以说水处理剂的大规模使用，不仅为人类提供了大量清洁的饮用水和工、农业用水，大大缓解了受污染水体对于环境的危害，同时还有效地维护了生态系统的平衡。具体而言，水处理剂主要可用于脱除水体中的悬浮物、除臭脱色、抑菌、杀菌、软化水质，降低水垢形成，减少原水对设备的损伤等等。因此，根据其功能特征，水处理剂可划分为絮凝剂、杀菌剂、阻垢剂、吸附剂及缓蚀剂等等。在多年的研究实践中，面对情况复杂的各类水体，常常需要添加多种水处理剂来满足净化要求。但是，同时投加多种药剂不仅提高了操作难度，增加了生产成本，而且多种药剂之间还容易互相形成干扰，影响处理效果。此外，传统的化学药剂在使用过程中不可避免地会在水体中发生残留，造成二次污染，提高用水安全风险。

因此，未来水处理剂的一个发展方向是绿色、高效和多功能化。所谓多功能化，是指同一种水处理剂兼具絮凝、杀菌及阻垢等中的两种或多种功能，这其中絮凝功能是根本。近年来，天然高分子材料由于其环境友好、可再生、来源广泛，且完全脱离石油资源等重要特点而备受关注。从结构上看，天然高分子链上含有大量游离的活性功能基团，一方面，其本身对水体中的污染物具有良好的絮凝络合作用，另一方面还适于进一步的化学改性，因此天然高分子为基材开发新型高效多功能水处理材料无疑具有重大的现实意义。

现有技术如授权公告号为CN 101327976 B的中国发明专利，公开了水处理絮凝剂，包括高效吸附组分 和辅助药剂并复配而成，其重量百分比为：高效吸附组分5～15％；金属阳离子絮凝剂50～85％；辅助药剂5～15％。该絮凝剂克服了无机絮凝剂絮体小以及有机絮凝剂絮体强度低的缺点，具有混凝效果好，矾花大，沉降速度快，出水水质好，投药量少等特点，但该絮凝剂是金属阳离子絮凝剂，不具备抑菌性能，且不符合绿色环保的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有超强的絮凝效果好、对细菌抑制效果明显、绿色环保的絮凝抑菌型水处理剂。

本发明针对上述技术中提到的问题，采取的技术方案为：一种絮凝抑菌型水处理剂，包括絮凝剂和缓释絮凝剂，其重量比为1:1-1.3，该水处理剂具有超强的絮凝、对细菌抑制效果明显，绿色环保、能进行生物降解，生产成本很低，药效时间长、降低水处理成本，不会对环境产生二次污染，具有很强的工业应用价值。

一种絮凝抑菌型水处理剂的制备方法，包括絮凝剂的制备、缓释絮凝剂制备、水处理剂制备，具体步骤为：

絮凝剂的制备：按重量份取NaOH 4-6份、淀粉19-21份、蒸馏水98-100份，放入容器内，于65-75℃碱化50-60min，然后将缓慢滴加浓度为20-30%的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液，淀粉和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液的重量比为1:1-1.5，滴加完毕，再加入淀粉重量0.12-0.13%的肉毒碱，继续在60-70℃下反应80-100min，用浓度为8-10%的盐酸溶液中和pH至中性，将产物在无水乙醇中沉淀，脆化，过滤，烘干，粉碎至200-800目，即得絮凝剂，上述肉毒碱中左旋肉毒碱和右旋肉毒碱的比例为1:0.03-0.035，该肉毒碱的加入能降低淀粉和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵的反应温度、缩短反应时间，提高反应速率、降低能耗，且得到的絮凝剂分子量大小一致，该分子量使得该絮凝剂的絮凝和杀菌效果达到最佳，同时该絮凝剂能生物降解，絮凝剂的作用机理为：一方面淀粉中引入的强阳离子型3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水分子增强了絮凝剂与水体中表面带有负电荷的污染物颗粒的电荷吸引作用；另一方面，该絮凝剂作为一种高分子，具有较强的架桥网捕作用，可与水体中的悬浮或胶体颗粒通过离子键、共价键、氢键以及范德华力作用，形成了较大的三维网状结构沉降下来，此外该絮凝剂还能吸附在更多细菌的表面并破坏表面，使得其发生形变及破损，彻底破坏细菌内部结构，最终杀灭细菌；

缓释絮凝剂制备：采用包膜法，用浓度为8-11%N-甲基吗琳-N-氧化物溶液将可溶性纤维素包覆絮凝剂，即得缓释絮凝剂，上述N-甲基吗琳-N-氧化物溶液的添加量为絮凝剂的0.2-0.5%，可溶性纤维的添加量为絮凝剂的1-5%，该缓释絮凝剂在投加进污水后，先溶解可溶性纤维素，然后内部的絮凝剂再发挥作用，从而延缓了其在污水中的溶解时间，提高了药剂的使用性能，简化了投药设备，降低了使用成本；

水处理剂制备：按重量比取絮凝剂和缓释絮凝剂，混合均匀，即得水处理剂，该水处理剂具有超强的絮凝效果好，对细菌抑制效果明显，绿色环保、能进行生物降解，生产成本很低，降低水处理成本，不会对环境产生二次污染，制备方法简单可行，具有很强的工业应用价值。

与现有技术相比，本发明的优点在于：1）本发明水处理剂具有超强的絮凝效果，不仅可与水体中表面带有负电荷的污染物颗粒的电荷吸引，还可与水体中的悬浮或胶体颗粒形成了较大的三维网状结构沉降下来；2）该水处理剂抑菌效果明显，能吸附在更多细菌的表面并破坏表面，使得其发生形变及破损，彻底破坏细菌内部结构，最终杀灭细菌；3）该水处理剂在投加进污水后能分布发挥作用，从而延缓了其在污水中的溶解时间，提高了药剂的使用性能，简化了投药设备，降低了使用成本；4）该水处理剂能生物降解、绿色环保，生产成本很低，降低水处理成本，制备方法简单可行，具有很强的工业应用价值，不会对环境产生二次污染。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明方案作进一步说明：

实施例1：

一种絮凝抑菌型水处理剂，包括絮凝剂和缓释絮凝剂，其重量比为1:1.28。

一种絮凝抑菌型水处理剂的制备方法，包括絮凝剂的制备、缓释絮凝剂制备、水处理剂制备，具体步骤为：

1）絮凝剂的制备：按重量份取NaOH 5份、淀粉20份、蒸馏水100份，放入容器内，于70℃碱化60min，然后将缓慢滴加浓度为20%的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液，淀粉和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液的重量比为1:1，滴加完毕，再加入淀粉重量0.12%的肉毒碱，继续在62℃下反应100min，用浓度为10%的盐酸溶液中和pH至中性，将产物在无水乙醇中沉淀，脆化，过滤，在60℃下真空干燥箱内烘干48小时，粉碎至200-800目，即得絮凝剂，上述肉毒碱中左旋肉毒碱和右旋肉毒碱的比例为1:0.03，该肉毒碱的加入能降低淀粉和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵的反应温度、缩短反应时间，提高反应速率、降低能耗，且得到的絮凝剂分子量大小一致，该分子量使得该絮凝剂的絮凝和杀菌效果达到最佳，同时该絮凝剂能生物降解，絮凝剂的作用机理为：一方面淀粉中引入的强阳离子型3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水分子增强了絮凝剂与水体中表面带有负电荷的污染物颗粒的电荷吸引作用；另一方面，该絮凝剂作为一种高分子，具有较强的架桥网捕作用，可与水体中的悬浮或胶体颗粒通过离子键、共价键、氢键以及范德华力作用，形成了较大的三维网状结构沉降下来，此外该絮凝剂还能吸附在更多细菌的表面并破坏表面，使得其发生形变及破损，彻底破坏细菌内部结构，最终杀灭细菌；

2）缓释絮凝剂制备：采用包膜法，用浓度为11%混合溶液将可溶性纤维素包覆絮凝剂，即得缓释絮凝剂，混合溶液的添加量为絮凝剂的0.25%，混合溶液中N-甲基吗琳-N-氧化物和N-（2-羟乙基）吗啉的重量比为1:0.21，可溶性纤维的添加量为絮凝剂的2%，上述N-甲基吗琳-N-氧化物和N-（2-羟乙基）吗啉的配比合理，使得混合溶液能不仅能减少对可溶性纤维的溶胀行为，减少可溶性纤维的聚集，使得可溶性纤维的溶解度增加，而且能提高可溶性纤维的热稳定性，使得可溶性纤维能更好、更均匀地包覆絮凝剂，提高包覆效果，该缓释絮凝剂在投加进污水后，先溶解可溶性纤维素，然后内部的絮凝剂再发挥作用，从而延缓了其在污水中的溶解时间，提高了药剂的使用性能，简化了投药设备，降低了使用成本；

3）水处理剂制备：按重量比取絮凝剂和缓释絮凝剂，混合均匀，即得水处理剂，该水处理剂具有超强的絮凝效果好，对细菌抑制效果明显，绿色环保、能进行生物降解，生产成本很低，降低水处理成本，不会对环境产生二次污染，制备方法简单可行，具有很强的工业应用价值。

实施例2：

一种絮凝抑菌型水处理剂，包括絮凝剂和缓释絮凝剂，其重量比为1:1。

1）按重量份取NaOH 4份、淀粉20份、蒸馏水98份，放入容器内，于72℃碱化55min，然后将缓慢滴加浓度为25%的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液，淀粉和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液的重量比为1:1.2，滴加完毕，再加入淀粉重量0.13%的肉毒碱，继续在68℃下反应82min，用浓度为9%的盐酸溶液中和pH至中性，将产物在无水乙醇中沉淀，脆化，过滤，58℃真空干燥箱内烘干50小时，粉碎至200-800目，即得絮凝剂，上述肉毒碱中左旋肉毒碱和右旋肉毒碱的比例为1:0.035；

2）采用包膜法，用浓度为11%N-甲基吗琳-N-氧化物溶液将可溶性纤维素包覆絮凝剂，即得缓释絮凝剂，上述N-甲基吗琳-N-氧化物溶液的添加量为絮凝剂的0.3%，可溶性纤维的添加量为絮凝剂的1.8%；

3）按重量比1:1取絮凝剂和缓释絮凝剂，混合均匀，即得水处理剂，该水处理剂具有超强的絮凝效果好，对细菌抑制效果明显，绿色环保、能进行生物降解，生产成本很低，降低水处理成本，不会对环境产生二次污染，制备方法简单可行，具有很强的工业应用价值。

实施例3：

一种絮凝抑菌型水处理剂，包括絮凝剂和缓释絮凝剂，其重量比为1:1.3。

一种絮凝抑菌型水处理剂的制备方法为：

按重量份取NaOH 5份、淀粉20份、蒸馏水99份，放入容器内，于70℃碱化55min，然后将缓慢滴加浓度为25%的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液，淀粉和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液的重量比为1:1.3，滴加完毕，再加入淀粉重量0.125%的肉毒碱，肉毒碱中左旋肉毒碱和右旋肉毒碱的比例为1:0.033，然后继续在65℃下反应90min，用浓度为9%的盐酸溶液中和pH至中性，将产物在无水乙醇中沉淀，脆化，过滤，烘干，粉碎至200-800目，即得絮凝剂；用浓度为9%N-甲基吗琳-N-氧化物溶液将可溶性纤维素包覆絮凝剂，即得缓释絮凝剂，上述N-甲基吗琳-N-氧化物溶液的添加量为絮凝剂的0.25%，可溶性纤维的添加量为絮凝剂的3%；最后按重量比取絮凝剂和缓释絮凝剂，混合均匀，即得水处理剂。

实施例4：

对髙岭土和大肠杆菌混合模拟水样的絮凝性能试验：

髙岭土和大肠杆菌混合模拟水样的标准为：高岭土粉末含量为0.1wt%，大肠杆菌含量为1.0×10⁸CFU/Ml；取实施例3所得水处理剂溶于纯水中得到絮凝剂母液；将高岭土模拟水样机械搅拌30s，投加一定量的絮凝剂母液，继续搅拌5分钟，静置沉降50分钟，取上层清液于分光光度计检测溶液的透过率，结果如表1所示。

对髙岭土和大肠杆菌混合模拟水样的抑菌性能试验：

称取18g琼脂溶于500mL蒸馏水中，配成培养基，将1mL混合模拟水样接种到培养基内，再加入絮凝剂母液，放入37℃的培养箱中培养72h，按抑菌圈直接计算平均值，结果如表1所示。

表1：对髙岭土模拟水样的絮凝性能试验效果

由表1可知：本发明实施例3所得水处理剂具有明显的絮凝效果，随着絮凝剂加入量逐渐增大，模拟水样的透光率增加；未加絮凝剂母液时，菌落生长均匀，覆盖整个培养基表面，而加入絮凝剂母液后，形成一个明显的抑菌圈，抑菌圈直接随着絮凝剂母液的增加而增大，表面该水处理剂具有较好的抑菌效果。

本发明的操作步骤中的常规操作为本领域技术人员所熟知，在此不进行赘述。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种絮凝抑菌型水处理剂，其特征在于：所述的水处理剂包括絮凝剂和缓释絮凝剂，其重量比为1:1-1.3；所述絮凝剂的制备方法为：取NaOH、淀粉、蒸馏水，放入容器内，碱化，然后将缓慢滴加3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液，滴加完毕，再加入肉毒碱，反应结束后用盐酸溶液中和pH至中性，沉淀，脆化，过滤，干燥，粉碎即得到产物絮凝剂；所述的碱化温度为65-75℃，时间为50-60min；所述的肉毒碱的添加量为淀粉重量的0.12-0.13%，肉毒碱中左旋肉毒碱和右旋肉毒碱的比例为1:0.03-0.035。

2.根据权利要求1所述的一种絮凝抑菌型水处理剂，其特征在于：所述的水处理剂的制备方法为：

1）絮凝剂的制备：取NaOH、淀粉、蒸馏水，放入容器内，碱化，然后将缓慢滴加3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液，滴加完毕，再加入肉毒碱，反应结束后用盐酸溶液中和pH至中性，沉淀，脆化，过滤，干燥，粉碎即得到产物絮凝剂；

2）缓释絮凝剂制备：采用包膜法，用N-甲基吗琳-N-氧化物溶液将可溶性纤维素包覆絮凝剂，即得缓释絮凝剂；

3）水处理剂制备：重量比取絮凝剂和缓释絮凝剂，混合均匀，即得水处理剂。

3. 根据权利要求2所述的一种絮凝抑菌型水处理剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤1中NaOH 4-6份、淀粉19-21份、蒸馏水98-100份。

4.根据权利要求2所述的一种絮凝抑菌型水处理剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤1中3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液的浓度为20-30%，淀粉和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液的重量比为1:1-1.5。

5.根据权利要求2所述的一种絮凝抑菌型水处理剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤1中反应温度为60-70℃，时间为80-100min，盐酸溶液的浓度为8-10%。

6.根据权利要求2所述的一种絮凝抑菌型水处理剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤1中絮凝抑的粒径为200-800目。

7.据权利要求2所述的一种絮凝抑菌型水处理剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤2中N-甲基吗琳-N-氧化物溶液浓度为8-11%，溶液的添加量为絮凝剂的0.2-0.5%。

8.据权利要求2所述的一种絮凝抑菌型水处理剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤2中可溶性纤维的添加量为絮凝剂的1-5%。