CN107899548A - 一种高效抑菌吸附净水剂的制备方法 - Google Patents

一种高效抑菌吸附净水剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于水净化处理技术领域，具体涉及一种高效抑菌吸附净水剂的制备方法。本发明利用虾壳和蟹壳制得壳聚糖，壳聚糖与环氧氯丙烷、甲醛水溶液和乙酸混合制备出交联壳聚糖树脂，提高净水剂的吸附效果。在净水过程中，壳聚糖渗透进入物质的细胞内，扰乱细胞正常生理活动，达到杀灭细菌的效果，从而提高净水剂的抑菌效果。利用桃胶对硅溶胶进行改性，增加壳聚糖的比重、增大比表面积，对水中带电胶体进行了快速脱稳作用，使水中的污染物脱稳后吸附在净水剂表面上，形成絮凝体，从而提高净水剂的吸附效果以及抑菌效果。加入沸石提高其吸附性能和架桥能力，进一步提高净水剂的吸附效果，既经济又环保，具有广泛的使用前景。

Description

一种高效抑菌吸附净水剂的制备方法
技术领域
本发明属于水净化处理技术领域，具体涉及一种高效抑菌吸附净水剂的制备方法。
背景技术
目前，随着我国工业化进程的快速推进，环境污染尤其是水资源污染日益严重，严重的影响着人们的身体健康和生存环境。采用净水剂对工业废水和城市污水进行混凝处理，是水处理中最常用的方法之一，也是消除污染、保护环境的重要手段。
净水剂就是投放入水中能和水中其它杂质产生反应的药剂。主要是起到净水的目的。常用到的净水剂有聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、碱式氯化铝、聚丙烯酰胺、硫酸亚铁、硫酸铝、聚合硫酸铁等。净水剂具有净水效果好，净水速度快，pH弱酸性，无机，安全性高，不产生二次污染，属绿色环保产品。用具有吸附能力的天然材料为原料，具有极强的净化效果，可除去水中的重金属。处理原水不受水温，pH值的影响，使用范围广，处理后的水透明度极高，可回用等优点。净水剂最常用的絮凝剂，絮凝剂包括两大类：无机絮凝剂，有机絮凝剂。无机絮凝剂为高价金属盐，如硫酸铝、硫酸铁、氯化铁、四氯化钛及无机酸和碱。有机絮凝剂又分为离子型和非离子型。
常规净水剂一般均是依靠化学吸附实现，其吸附的过程较为复杂，并且一般的净水剂仅仅实现单一的净化水中杂质的功能，存在着净水剂的再生成本较高的缺陷，另外现有净水剂的主要吸附大部分集中于水中悬浮颗粒物的吸附过滤，但是对于水中尤其是灌装水中滋生的一些微生物及菌类的净化效果则较为有限，存在较大的缺陷。另一方面，由于一般的净水剂主体材料均或多或少的会溶于水中，使得其吸附后的反向再生受到极大的影响，严重影响了净水剂的重复再生，也成为了限制净水剂发展的一大难题。在发展中国家，饮用水的质量通常得不到保障。在发达国家因长期使用化学净水剂，而使残留在水中的化学物质可能对人体造成损害，因净水之后的残渣造成的环境问题也不容忽视。
由于净水剂巨大的经济效益和社会效益，因此研究出一种对人类和环境安全且吸附效果优良、抑菌效果明显的净水剂是势在必行的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前常见净水剂存在吸附效果较差以及抑菌效果不明显的缺陷，提供了一种高效抑菌吸附净水剂的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种高效抑菌吸附净水剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将虾壳和蟹壳混合搅拌，得到混合物，继续向混合物中加入混合物质量0.7%的沼液，装入发酵罐中，密封发酵，发酵结束后，得到含有壳聚糖的发酵产物；
（2）称取20～24g含有壳聚糖的发酵产物放入带有6～8mL环氧氯丙烷、4～6mL甲醛水溶液和3～5mL乙酸溶液的烧杯中混合反应，得到改性自制壳聚糖；
（3）将硅酸钠溶液和盐酸混合置于烧杯中搅拌反应后，再用去离子水冲洗，加热升温，搅拌反应，得到自制硅溶胶，将自制硅溶胶和桃胶混合搅拌，得到改性自制硅溶胶；
（4）称取20～30g改性自制壳聚糖倒入带有8～10mL柠檬酸溶液的烧杯中混合搅拌，搅拌后向烧杯中加入10～12g改性自制硅溶胶、6～8g膨润土、4～6g沸石和2～4g硫酸铝溶液，继续混合搅拌后，过滤，得到滤渣，将滤渣置于烘箱中烘干，烘干后研磨后过50目筛，收集过筛粉末，即可制得高效抑菌吸附净水剂。
步骤（1）所述的虾壳和蟹壳的质量比为1：1，搅拌时间为12～18min，发酵温度为30～40℃，发酵时间为9～11天。
步骤（2）所述的甲醛水溶液的质量分数为35％，乙酸溶液的浓度为2mol/L，反应温度为45～65℃，反应时间为1～2h。
步骤（3）所述的质量分数为15％的硅酸钠溶液和浓度为10mol/L的盐酸的体积比为4：1，搅拌反应温度为25～35℃，搅拌反应时间为12～16min，冲洗次数为4～6次，加热升温的温度为70～80℃，反应时间为1～2h，自制硅溶胶和桃胶的质量比为3：1，搅拌时间为10～12min。
步骤（4）所述的柠檬酸溶液的质量分数为2%，搅拌时间为4～6min，硫酸铝溶液的质量分数为10％，继续混合搅拌时间为45～60min，烘干温度为80～100℃，烘干时间为3～5h，研磨时间为12～16min。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明首先利用虾壳和蟹壳中的甲壳素通过发酵方法制得壳聚糖，由于壳聚糖含有丰富的氨基和羟基，对金属离子以及有机化合物均有良好的吸附和絮凝作用，将其与环氧氯丙烷、甲醛水溶液和乙酸混合制备出交联壳聚糖树脂，这种交联壳聚糖树脂不仅能够控制壳聚糖的流失，还增强了壳聚糖的吸附选择性，从而提高净水剂的吸附效果，又由于在净水过程中，壳聚糖分子中的-NH3+带正电性，吸附在细菌细胞表面，也可以通过渗透进入细菌的细胞内，吸附细菌的细胞体内带有阴离子的物质，扰乱细菌细胞正常的生理活动，从而达到杀灭细菌的效果，从而提高净水剂的抑菌效果；
（2）本发明继续通过具有粘性的桃胶对硅溶胶进行改性，并利用高吸附活性和粘性的改性硅溶胶对壳聚糖进行负载，在净水过程中不仅可以增加壳聚糖的比重和加快其沉降速度，还可以克服壳聚糖造粒难的缺点以及增大其比表面积，可以对水中其它某些带电胶体进行了快速脱稳作用，又利用膨润土和硫酸铝溶液的吸附作用，使水中的污染物脱稳后吸附在净水剂表面上，形成絮凝体，絮凝体又不断吸附一些微小粒子到絮凝体表面，形成较大的絮体沉降到液底部，从而提高净水剂的吸附效果以及抑菌效果，最后加入吸附效果较好的沸石，沸石容易与壳聚糖形成网状结构，促使其产物表面积增大，提高了其吸附性能和架桥能力，进一步提高净水剂的吸附效果，既经济又环保，具有广泛的使用前景。
具体实施方式
按质量比为1：1将虾壳和蟹壳混合搅拌12～18min，得到混合物，继续向混合物中加入混合物质量0.7%的沼液，装入发酵罐中，在温度为30～40℃的条件下密封发酵9～11天，发酵结束后，得到含有壳聚糖的发酵产物，称取20～24g含有壳聚糖的发酵产物放入带有6～8mL环氧氯丙烷、4～6mL质量分数为35％的甲醛水溶液和3～5mL浓度为2mol/L的乙酸溶液的烧杯中，在温度为45～65℃下混合反应1～2h，得到改性自制壳聚糖，按体积比为4：1将质量份数为15％的硅酸钠溶液和浓度为10mol/L的盐酸混合置于烧杯中，在25～35℃下搅拌反应12～16min后，再用去离子水冲洗4～6次，加热升温至70～80℃，搅拌反应1～2h，得到自制硅溶胶，按质量比为3：1将自制硅溶胶和桃胶混合搅拌10～12min，得到改性自制硅溶胶，称取20～30g改性自制壳聚糖倒入带有8～10mL质量分数为2%的柠檬酸溶液的烧杯中混合搅拌4～6min，搅拌后向烧杯中加入10～12g改性自制硅溶胶、6～8g膨润土、4～6g沸石和2～4g质量分数为10％的硫酸铝溶液，继续混合搅拌45～60min后，过滤，得到滤渣，将滤渣置于烘箱中，在80～100℃下烘干3～5h，烘干后研磨12～16min后过50目筛，收集过筛粉末，即可制得高效抑菌吸附净水剂。
实例1
按质量比为1：1将虾壳和蟹壳混合搅拌12min，得到混合物，继续向混合物中加入混合物质量0.7%的沼液，装入发酵罐中，在温度为30℃的条件下密封发酵9天，发酵结束后，得到含有壳聚糖的发酵产物，称取20g含有壳聚糖的发酵产物放入带有6mL环氧氯丙烷、4mL质量分数为35％的甲醛水溶液和3mL浓度为2mol/L的乙酸溶液的烧杯中，在温度为45℃下混合反应1h，得到改性自制壳聚糖，按体积比为4：1将质量份数为15％的硅酸钠溶液和浓度为10mol/L的盐酸混合置于烧杯中，在25℃下搅拌反应12min后，再用去离子水冲洗4次，加热升温至70℃，搅拌反应1h，得到自制硅溶胶，按质量比为3：1将自制硅溶胶和桃胶混合搅拌10min，得到改性自制硅溶胶，称取20g改性自制壳聚糖倒入带有8mL质量分数为2%的柠檬酸溶液的烧杯中混合搅拌4min，搅拌后向烧杯中加入10g改性自制硅溶胶、6g膨润土、4g沸石和2g质量分数为10％的硫酸铝溶液，继续混合搅拌45min后，过滤，得到滤渣，将滤渣置于烘箱中，在80℃下烘干3h，烘干后研磨12min后过50目筛，收集过筛粉末，即可制得高效抑菌吸附净水剂。
实例2
按质量比为1：1将虾壳和蟹壳混合搅拌16min，得到混合物，继续向混合物中加入混合物质量0.7%的沼液，装入发酵罐中，在温度为35℃的条件下密封发酵10天，发酵结束后，得到含有壳聚糖的发酵产物，称取22g含有壳聚糖的发酵产物放入带有7mL环氧氯丙烷、5mL质量分数为35％的甲醛水溶液和4mL浓度为2mol/L的乙酸溶液的烧杯中，在温度为55℃下混合反应1.5h，得到改性自制壳聚糖，按体积比为4：1将质量份数为15％的硅酸钠溶液和浓度为10mol/L的盐酸混合置于烧杯中，在30℃下搅拌反应14min后，再用去离子水冲洗5次，加热升温至75℃，搅拌反应1.5h，得到自制硅溶胶，按质量比为3：1将自制硅溶胶和桃胶混合搅拌11min，得到改性自制硅溶胶，称取25g改性自制壳聚糖倒入带有9mL质量分数为2%的柠檬酸溶液的烧杯中混合搅拌5min，搅拌后向烧杯中加入11g改性自制硅溶胶、7g膨润土、5g沸石和3g质量分数为10％的硫酸铝溶液，继续混合搅拌52min后，过滤，得到滤渣，将滤渣置于烘箱中，在90℃下烘干4h，烘干后研磨14min后过50目筛，收集过筛粉末，即可制得高效抑菌吸附净水剂。
实例3
按质量比为1：1将虾壳和蟹壳混合搅拌18min，得到混合物，继续向混合物中加入混合物质量0.7%的沼液，装入发酵罐中，在温度为40℃的条件下密封发酵11天，发酵结束后，得到含有壳聚糖的发酵产物，称取24g含有壳聚糖的发酵产物放入带有8mL环氧氯丙烷、6mL质量分数为35％的甲醛水溶液和5mL浓度为2mol/L的乙酸溶液的烧杯中，在温度为65℃下混合反应2h，得到改性自制壳聚糖，按体积比为4：1将质量份数为15％的硅酸钠溶液和浓度为10mol/L的盐酸混合置于烧杯中，在35℃下搅拌反应16min后，再用去离子水冲洗6次，加热升温至80℃，搅拌反应2h，得到自制硅溶胶，按质量比为3：1将自制硅溶胶和桃胶混合搅拌12min，得到改性自制硅溶胶，称取30g改性自制壳聚糖倒入带有10mL质量分数为2%的柠檬酸溶液的烧杯中混合搅拌6min，搅拌后向烧杯中加入12g改性自制硅溶胶、8g膨润土、6g沸石和4g质量分数为10％的硫酸铝溶液，继续混合搅拌60min后，过滤，得到滤渣，将滤渣置于烘箱中，在100℃下烘干5h，烘干后研磨16min后过50目筛，收集过筛粉末，即可制得高效抑菌吸附净水剂。
对比例 以西安市某公司生产的净水剂作为对比例 对本发明制得的高效抑菌吸附净水剂和对比例中的净水剂进行检测，检测结果如表1所示：
表1
根据表1中数据可知，本发明制得的净水剂对于重金属离子和微生物菌类的抑菌率和吸附率明显高于对比例中的产品，同时，本发明制得的净水剂在使用后可以很容易的清洗再生，使得净水剂的再生率大大提高，节省资源。因此，具有广阔的使用前景。

Claims (5)

1.一种高效抑菌吸附净水剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将虾壳和蟹壳混合搅拌，得到混合物，继续向混合物中加入混合物质量0.7%的沼液，装入发酵罐中，密封发酵，发酵结束后，得到含有壳聚糖的发酵产物；
（2）称取20～24g含有壳聚糖的发酵产物放入带有6～8mL环氧氯丙烷、4～6mL甲醛水溶液和3～5mL乙酸溶液的烧杯中混合反应，得到改性自制壳聚糖；
（3）将硅酸钠溶液和盐酸混合置于烧杯中搅拌反应后，再用去离子水冲洗，加热升温，搅拌反应，得到自制硅溶胶，将自制硅溶胶和桃胶混合搅拌，得到改性自制硅溶胶；
（4）称取20～30g改性自制壳聚糖倒入带有8～10mL柠檬酸溶液的烧杯中混合搅拌，搅拌后向烧杯中加入10～12g改性自制硅溶胶、6～8g膨润土、4～6g沸石和2～4g硫酸铝溶液，继续混合搅拌后，过滤，得到滤渣，将滤渣置于烘箱中烘干，烘干后研磨后过50目筛，收集过筛粉末，即可制得高效抑菌吸附净水剂。
2.根据权利要求1所述的一种高效抑菌吸附净水剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的虾壳和蟹壳的质量比为1：1，搅拌时间为12～18min，发酵温度为30～40℃，发酵时间为9～11天。
3.根据权利要求1所述的一种高效抑菌吸附净水剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的甲醛水溶液的质量分数为35％，乙酸溶液的浓度为2mol/L，反应温度为45～65℃，反应时间为1～2h。
4.根据权利要求1所述的一种高效抑菌吸附净水剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的质量分数为15％的硅酸钠溶液和浓度为10mol/L的盐酸的体积比为4：1，搅拌反应温度为25～35℃，搅拌反应时间为12～16min，冲洗次数为4～6次，加热升温的温度为70～80℃，反应时间为1～2h，自制硅溶胶和桃胶的质量比为3：1，搅拌时间为10～12min。
5.根据权利要求1所述的一种高效抑菌吸附净水剂的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的柠檬酸溶液的质量分数为2%，搅拌时间为4～6min，硫酸铝溶液的质量分数为10％，继续混合搅拌时间为45～60min，烘干温度为80～100℃，烘干时间为3～5h，研磨时间为12～16min。
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