CN108217884A - 一种改性硅藻土负载的海藻酸絮凝剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性硅藻土负载的海藻酸絮凝剂的制备方法。其制备方法如下：硅藻土经高温煅烧预处理后，加入改性剂、海藻酸和适量蒸馏水，80℃加热并搅拌2 h反应，反应结束后经热过滤、冷冻干燥、筛滤，即制得所述改性硅藻土负载的海藻酸絮凝剂。本发明的改性硅藻土负载的海藻酸絮凝剂兼具硅藻土和海藻酸双重吸附功能性，可以通过离子键、共价键、范德华力等共同作用大大加强对有机分子/金属离子的吸附作用，并以硅藻土/海藻酸盐纤维复合凝胶的形式沉淀出来，后处理简便。该絮凝剂有望应用于各种污水处理、海水淡化处理。

Description

一种改性硅藻土负载的海藻酸絮凝剂的制备方法
技术领域
本发明属于污水处理技术、海水淡化技术及新型絮凝剂制备领域，具体涉及一种改性硅藻土负载的海藻酸絮凝剂的制备方法。
背景技术
硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，矿产丰富，价格低廉。其主要成分是二氧化硅（SiO2），具有轻质多孔、比表面积大、化学稳定性高、吸水吸油率高等诸多优点。又由于其颗粒表面带有电荷，因此可用于吸附各种金属离子、有机化合物及高分子聚合物等，且吸附性能良好。然而天然硅藻土的吸附性能由于受空隙填充物的影响而大打折扣，且其对金属离子的吸附性主要依靠硅羟基的氢解离，受污水酸碱度的影响较大，因此在污水处理、海水淡化领域的应用还有局限性。
海藻酸是由单糖醛酸线性聚合而成的多糖，单体为β-1,4-D-甘露糖醛酸（M）和 α-1,4-L-古洛糖醛酸（G）（如图1所示）。M和G单元以M-M，G-G或M-G的组合方式通过1, 4糖苷键相连成为嵌段共聚物。海藻酸通过离子交换和螯合作用与海水中的钠离子(Na+)、钾离子（K+）、镁离子(Mg2+)、钙离子(Ca2+)离子结合，并以海藻酸复合盐凝胶的形式沉淀出来（机理如图2所示）。海藻酸盐的这一特性以及抑菌性和可生物降解性等特性，使其在絮凝剂、食品印染、纺织纤维、医药卫生等领域有一定的建树。
发明内容
本发明的目的在于针对现有硅藻土污水技术的不足，提供一种改性硅藻土负载的海藻酸絮凝剂的制备方法。首先将硅藻土高温煅烧去除空隙杂质，再将具有离子吸附效果的海藻酸通过离子吸附于改性硅藻土表面。在改善天然硅藻土的吸附性的基础上，再利用海藻酸能与海水中的钠离子(Na+)、钾离子（K+）、镁离子(Mg2+)、钙离子(Ca2+)离子以离子交换和螯合作用结合成凝胶沉淀的机理，改善硅藻土表面对于金属离子的吸附性能，减少其金属离子吸附性能受污水酸碱度的影响，完善硅藻土污水技术的不足。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
硅藻土450℃高温煅烧4h预处理后，加入1wt%~10wt%的改性剂、5wt%-10wt%的海藻酸和适量蒸馏水，80℃加热并搅拌2 h反应，反应结束后经热过滤、冷冻干燥、筛滤，即制得一种改性硅藻土负载的海藻酸絮凝剂。
所述的改性剂为十烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵、双十烷基三甲基溴化铵中的一种。
所述原料海藻酸为高G型海藻酸。由于海藻酸(Alginic acid)是由单糖醛酸线性聚合而成的多糖，单体为β-1,4-D-甘露糖醛酸（M）和 α-1,4-L-古洛糖醛酸（G）。其中海藻酸盐纤维吸附镁离子(Mg2+)和钙离子(Ca2+)离子的能力与其片段中GG区含量有关，因而优选高G（GG区含量>70%）海藻酸作为海水淡化预处理中的絮凝剂。
硅藻土污水处理技术通常利用硅藻土的高比表面积和游离羟基吸附污水中的金属离子和杂质。目前对于硅藻土的改性集中在提高孔隙率和游离羟基改性吸附性。本发明的硅藻土负载的海藻酸絮凝剂则利用天然絮凝剂海藻酸盐独特的离子交换和螯合作用，吸附污水/海水中钠离子(Na+)、钾离子（K+）、镁离子(Mg2+)、钙离子(Ca2+)等金属离子，使得该絮凝剂兼具硅藻土和海藻酸双重吸附功能性，可以通过离子键、共价键、范德华力等共同作用大大加强对有机分子/金属离子的吸附作用，并以硅藻土/海藻酸盐纤维复合凝胶的形式沉淀出来，后处理简便。
本发明的有益效果在于：
本发明的改性硅藻土负载的海藻酸絮凝剂兼具硅藻土和海藻酸双重吸附功能性，可以通过离子键、共价键、范德华力等共同作用大大加强对印染、造纸、污水和海水淡化中的有机分子及金属离子的吸附作用，并以硅藻土/海藻酸盐纤维复合凝胶的形式沉淀出来，后处理简便。
附图说明
图1为本发明的海藻酸的结构式；
图2为本发明的改性硅藻土负载的海藻酸吸附金属离子的机理。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描叙，但不受限于这些实施例。
实施例 1
硅藻土450℃高温煅烧4h预处理后，加入5wt%的十四烷基三甲基溴化铵和10wt%的高G型海藻酸和适量蒸馏水，80℃加热并搅拌2 h反应，反应结束后经热过滤、冷冻干燥24h、200目筛滤，即得到十四烷基三甲基溴化铵改性硅藻土负载的海藻酸絮凝剂。100g该絮凝剂溶解于10L污水中，通过离子交换和螯合作用与污水中的钠离子(Na+)、钾离子（K+）、镁离子(Mg2+)、钙离子(Ca2+)离子结合，可以沉淀出238g的海藻酸复合盐纤维凝胶，而污水中盐分下降82%。
实施例 2
硅藻土450℃高温煅烧4h预处理后，加入8wt%的十八烷基三甲基溴化铵、8wt%的高G型海藻酸和适量蒸馏水，80℃加热并搅拌2 h反应，反应结束后经热过滤、冷冻干燥24h、200目筛滤，即得到十八烷基三甲基溴化铵改性硅藻土负载的海藻酸絮凝剂。100g该絮凝剂溶解于10L污水中，通过离子交换和螯合作用与污水中的钠离子(Na+)、钾离子（K+）、镁离子(Mg2 +)、钙离子(Ca2+)离子结合，可以沉淀出227g的海藻酸复合盐纤维凝胶，而污水中盐分下降80%。
实施例3
硅藻土450℃高温煅烧4h预处理后，加入1wt%的十烷基三甲基溴化铵、5wt%的高G型海藻酸和适量蒸馏水，80℃加热并搅拌2 h反应，反应结束后经热过滤、冷冻干燥24h、200目筛滤，即得到十烷基三甲基溴化铵改性硅藻土负载的海藻酸絮凝剂。100g该絮凝剂溶解于10L污水中，通过离子交换和螯合作用与污水中的钠离子(Na+)、钾离子（K+）、镁离子(Mg2+)、钙离子(Ca2+)离子结合，可以沉淀出216g的海藻酸复合盐纤维凝胶，而污水中盐分下降79%。
实施例4
硅藻土450℃高温煅烧4h预处理后，加入10wt%的十二烷基三甲基溴化铵、7wt%的高G型海藻酸和适量蒸馏水，80℃加热并搅拌2 h反应，反应结束后经热过滤、冷冻干燥24h、200目筛滤，即得到十二烷基三甲基溴化铵改性硅藻土负载的海藻酸絮凝剂。100g该絮凝剂溶解于10L污水中，通过离子交换和螯合作用与污水中的钠离子(Na+)、钾离子（K+）、镁离子(Mg2 +)、钙离子(Ca2+)离子结合，可以沉淀出235g的海藻酸复合盐纤维凝胶，而污水中盐分下降81%。
实施例5
硅藻土450℃高温煅烧4h预处理后，加入6wt%的双十烷基三甲基溴化铵、6wt%的高G型海藻酸和适量蒸馏水，80℃加热并搅拌2 h反应，反应结束后经热过滤、冷冻干燥24h、200目筛滤，即得到双十烷基三甲基溴化铵改性硅藻土负载的海藻酸絮凝剂。100g该絮凝剂溶解于10L污水中，通过离子交换和螯合作用与污水中的钠离子(Na+)、钾离子（K+）、镁离子(Mg2 +)、钙离子(Ca2+)离子结合，可以沉淀出242g的海藻酸复合盐纤维凝胶，而污水中盐分下降81.5%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种改性硅藻土负载的海藻酸絮凝剂的制备方法，其特征在于：硅藻土450℃煅烧4h预处理后，加入1wt%~10wt%的改性剂、5wt%~10wt%的海藻酸和蒸馏水，80℃加热并搅拌2 h反应，反应结束后经热过滤、冷冻干燥和筛滤，即制得所述改性硅藻土负载的海藻酸絮凝剂。
2.根据权利要求1所述的改性硅藻土负载的海藻酸絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述改性剂为十烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵和双十烷基三甲基溴化铵中的一种。
3.根据权利要求1所述的的改性硅藻土负载的海藻酸絮凝剂的制备方法，其特征在于：所用海藻酸型号为高G型。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS61209090A (ja) * 1985-03-09 1986-09-17 Shimizu Constr Co Ltd 廃水処理法
CN1418825A (zh) * 2002-12-12 2003-05-21 中国科学院生态环境研究中心 一种高效藻絮凝剂及其用于治理赤潮及水华的方法
CN105148833A (zh) * 2015-10-16 2015-12-16 中国矿业大学(北京) 一种处理工业废水的改性复合硅藻土吸附剂及制备方法

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