CN108423782A

CN108423782A - 一种植物纤维水处理沉降剂的制备方法

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Publication number: CN108423782A
Application number: CN201810264314.0A
Authority: CN
Inventors: 何治伟; 何伟仁; 张建初
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2018-08-21

Abstract

本发明涉及水处理材料制备技术领域，具体涉及一种植物纤维水处理沉降剂的制备方法。本发明将自制活性硅胶与氯丙基三甲氧基硅烷，混合置于二甲苯中反应，得到氯丙基化的硅胶，将自制纳米纤维素加入四甲基哌啶和溴化钠中得到反应产物，将反应产物离心处理得到氧化纳米纤维，最后将氯丙基化的硅胶浸入聚乙烯亚胺溶液中，得到多孔硅胶，将氧化纳米纤维配置成水悬浮液，用水悬浮液抽滤洗涤多孔硅胶，得到植物纤维水处理沉降剂，本发明应用针木叶制备的纳米纤维素作为吸附载体，不易产生二次污染，安全环保，处理沉降剂带有弱酸性，在与碱性环境中的重金属离子容易发生离子交换，使本发明的水处理沉降剂对重金属离子的吸附沉降率提高，应用前景广阔。

Description

一种植物纤维水处理沉降剂的制备方法

技术领域

本发明涉及水处理材料制备技术领域，具体涉及一种植物纤维水处理沉降剂的制备方法。

背景技术

随着人类社会的发展，工农业生产规模的扩大，人类对清洁淡水的需求与日俱增，但由于社会生产、生活中对水资源未能进行有效利用和合理开发，造成水资源污染严重，生态平衡遭到破坏，从而导致用水紧张，危及人类生活。由于水资源是不可再生资源，且我国水污染造成的经济损失日益加重，水资源污染已成为我国亟待解决的问题。水中的污染物的存在，不仅造成环境污染、生态破坏，而且严重危害人类健康。

根据我国环境保护部的有关报道：我国的主要河流有机污染严重，大型淡水湖泊中大多数湖泊处在富营养状态，水质较差。另外，全国大多数城市的地下水受到污染，局部地区的部分指标超标，污染问题每况愈下。工业废水是水资源污染的主要源头之一，工业废水是指工业生产过程中排出的废水，包括工艺过程用水、机器设备冷却水、烟气洗涤水、设备和场地洗涤水等。由于工业类型繁多，而每种工业又由多段工艺组成，故产生的废水性质完全不同，成分也非常复杂，其中污染严重且难以处理的工业废水包括矿山、化工、医药等领域产生的工业废水。

混凝沉淀是目前水处理过程中最常用的物理化学处理方法，是处理工艺流程中的关键环节，其处理效果与沉降剂的种类和性能关系密切。沉降剂可分为无机低分子沉降剂、无机高分子沉降剂和有机高分子沉降剂，这些类型的沉降剂在使用过程中都存在一定缺陷，如铝系和铁系的沉降剂投药量大、产泥量大、存在卫生安全隐患。聚丙烯酰胺具有用量少、澄清水质能力强、沉降速度快、不易受水的pH值影响等特点。为了达到良好的沉降效果，必须加入大量的聚丙烯酰胺，才能发挥良好的水处理效果，但是聚丙烯酰胺具有强烈的神经毒性和一定的致癌性，大量聚丙烯酰胺用于处理废水时会产生高分子残留，带来水体的二次污染，破坏水体生物链，进而影响到人类健康。另外，在高寒地区会对药剂的使用产生限制，造成处理效果不理想，不能达到处理要求。

随着水质标准的不断提高，对成本低、效果好、无毒性的新型沉降剂产品的开发和应用研究工作十分重要。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，针对目前水处理沉降剂如铝系和铁系的沉降剂投药量大、产泥量大、对重金属离子吸附率低，而有机高分子沉降剂聚丙烯酰胺具有强烈的神经毒性和一定的致癌性，大量聚丙烯酰胺用于处理废水时会产生高分子残留，带来水体的二次污染，破坏水体生物链，进而影响到人类健康的缺陷，提供了一种植物纤维水处理沉降剂的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种植物纤维水处理沉降剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）称取100～120mL硅酸钠溶液，倒入带有搅拌器的三口烧瓶中，用盐酸缓慢调节pH，启动搅拌器搅拌，微波振荡处理，得到纳米水溶胶，将纳米水溶胶放入烘箱中加热升温至80～85℃，干燥3～4h，得到纳米硅胶；

（2）称取200～220g纳米硅胶置于400～450mL甲烷磺酸水溶液中，搅拌得到活化硅胶，将活化硅胶与氯丙基三甲氧基硅烷混合，得到反应物料，将200～250g反应物料置于400～420mL二甲苯中反应，得到氯丙基化的硅胶；

（3）取40～50g针木叶置于研钵中研磨破碎，用100～150mL蒸馏水将研钵中已破碎的针木叶冲入高浓盘磨中打浆，得到纳米纤维浆液，将纳米纤维浆液置于烘箱中，加热升温干燥，得到纳米纤维素；

（4）将20～25g纳米纤维素加入装有400～450mL蒸馏水的烧杯中，向烧杯中依次加入0.8～1.0g四甲基哌啶和4～6g溴化钠，搅拌，再向烧杯中加入50～60mL次氯酸钠溶液，用氢氧化钠溶液调节pH，反应，最后向烧杯中加入100～120mL无水乙醇终止反应，继续搅拌后得到反应产物；

（5）将上述反应产物置于高速离心机中离心处理，去除上层液，得到下层纤维沉淀，用去离子水洗涤纤维沉淀3～5次后，得到氧化纳米纤维；

（6）将氯丙基化的硅胶浸入聚乙烯亚胺溶液中，浸泡10～12min，过滤去除滤液，得到多孔硅胶，将多孔硅胶铺置于砂芯漏斗上，将氧化纳米纤维配置成500～600mL水悬浮液，再用水悬浮液对多孔硅胶进行抽滤洗涤，得到植物纤维水处理沉降剂。

步骤（1）所述的硅酸钠溶液的质量分数为30%，盐酸的质量分数为10%，盐酸调节pH为6～7，搅拌转速为350～400r/min，搅拌时间为30～40min，微波振荡处理时间为3～5min，设定微波振荡功率为700～800W，烘箱温度为80～85℃，干燥时间为3～4h。

步骤（2）所述的甲烷磺酸水溶液的质量分数为40%，控制反应温度为50～55℃，搅拌时间为20～30min，活化硅胶与氯丙基三甲氧基硅烷混合的质量比为2︰1，反应时间为40～45min。

步骤（3）所述的研磨破碎时间为30～45min，，控制动盘与定盘间距为0.3～0.5mm，打浆次数为3～5次，烘箱加热升温后温度为100～105℃，干燥时间为10～12h。

步骤（4）所述的搅拌时间为20～30min，次氯酸钠溶液的质量分数为10%，氢氧化钠溶液的质量分数为20%，氢氧化钠溶液调节pH为9.8～10.2，反应时间为3～5h，继续搅拌反应时间为10～15min。

步骤（5）所述的高速离心机转速为3500～3700r/min，离心处理时间为10～12min。

步骤（6）所述的聚乙烯亚胺溶液的质量分数为20%，浸泡时间为10～12min，多孔硅胶铺置厚度为3～5mm，水悬浮液的质量分数为5%，抽滤洗涤时压力为0.15～0.20MPa。

本发明的有益效果是：

（1）本发明将硅酸钠溶液与稀盐酸混合，经过微波振荡处理后加热干燥得到纳米硅胶，将纳米硅胶分散于甲烷磺酸水溶液中，在一定温度下加热活化得到活化硅胶，将活性硅胶、氯丙基三甲氧基硅烷混合置于二甲苯溶剂中反应，得到氯丙基化的硅胶，取针叶木磨碎用蒸馏水冲入高浓磨盘中，经过打浆处理、干燥得到纳米纤维素，将纳米纤维素加入四甲基哌啶和溴化钠，经过碱化反应，得到反应产物，将反应产物离心处理得到氧化纳米纤维，最后将氯丙基化的硅胶浸入聚乙烯亚胺溶液中，得到多孔硅胶，将氧化纳米纤维配置成水悬浮液，用水悬浮液抽滤洗涤多孔硅胶，得到植物纤维水处理沉降剂，本发明利用针木叶制备的纳米纤维素作为吸附载体，所制备的水处理沉降剂相比铁、铝系沉降剂产泥量小，并且纳米纤维素在水中的降解性能良好，不易产生二次污染，制备水处理沉降剂的原料也不含毒性化学成分，从而使水处理沉降剂安全环保；

（2）本发明将氯丙基化的硅胶浸泡于聚乙烯亚胺溶液中会得到螯合吸附材料，聚乙烯亚胺是一种水溶性聚胺，线型大分子链中拥有大量的胺基原子，聚乙烯亚胺紧紧吸附在硅胶孔隙内表面，对金属离子能产生很强的螯合作用，氧化纳米纤维素包覆在螯合吸附材料的表面，构成纳米滤膜，氧化纳米纤维素表面粗糙、孔洞丰富，表面含有的羧基基团能够在水中电离出氢离子而呈酸性，离解后的负电基团为碳氢基团，能与溶液中的其他重金属阳离子吸附结合，迅速进入螯合材料中被吸附浓集，能够高效吸附重金属离子，水处理沉降剂表面的羧基使其带有弱酸性，与碱性环境中的重金属离子容易发生离子交换，使本发明的水处理沉降剂对重金属离子的吸附沉降率提高，应用前景广阔。

具体实施方式

称取100～120mL质量分数为30%的硅酸钠溶液，倒入带有搅拌器的三口烧瓶中，用质量分数为10%的盐酸缓慢调节pH至6～7，启动搅拌器，以350～400r/min转速搅拌30～40min，微波振荡处理3～5min，设定微波振荡功率为700～800W，得到纳米水溶胶，将纳米水溶胶放入烘箱中加热升温至80～85℃，干燥3～4h，得到纳米硅胶；称取200～220g纳米硅胶置于400～450mL质量分数为40%的甲烷磺酸水溶液中，控制温度为50～55℃，搅拌20～30min，得到活化硅胶，将活化硅胶与氯丙基三甲氧基硅烷按质量比为2︰1混合，得到反应物料，将200～250g反应物料置于400～420mL二甲苯中反应40～45min，得到氯丙基化的硅胶；取40～50g针木叶置于研钵中研磨破碎30～45min，用100～150mL蒸馏水将研钵中已破碎的针木叶冲入高浓盘磨中，控制动盘与定盘间距为0.3～0.5mm，打浆3～5次，得到纳米纤维浆液，将纳米纤维浆液置于烘箱中，加热升温至100～105℃，干燥10～12h，得到纳米纤维素；将20～25g纳米纤维素加入装有400～450mL蒸馏水的烧杯中，向烧杯中依次加入0.8～1.0g四甲基哌啶和4～6g溴化钠，搅拌20～30min，再向烧杯中加入50～60mL质量分数为10%的次氯酸钠溶液，用质量分数为20%的氢氧化钠溶液调节pH为9.8～10.2，反应3～5h，最后向烧杯中加入100～120mL无水乙醇终止反应，继续搅拌10～15min后得到反应产物；将上述反应产物置于高速离心机中以3500～3700r/min的转速离心处理10～12min，去除上层液，得到下层纤维沉淀，用去离子水洗涤纤维沉淀3～5次后，得到氧化纳米纤维；将氯丙基化的硅胶浸入质量分数为20%的聚乙烯亚胺溶液中，浸泡10～12min，过滤去除滤液，得到多孔硅胶，将多孔硅胶铺置于砂芯漏斗上，铺置厚度为3～5mm，将氧化纳米纤维配置成500～600mL质量分数为5%的水悬浮液，再用水悬浮液以0.15～0.20MPa的压力对多孔硅胶进行抽滤洗涤，得到植物纤维水处理沉降剂。

称取100mL质量分数为30%的硅酸钠溶液，倒入带有搅拌器的三口烧瓶中，用质量分数为10%的盐酸缓慢调节pH至6，启动搅拌器，以350r/min转速搅拌30min，微波振荡处理3min，设定微波振荡功率为700W，得到纳米水溶胶，将纳米水溶胶放入烘箱中加热升温至80℃，干燥3h，得到纳米硅胶；称取200g纳米硅胶置于400mL质量分数为40%的甲烷磺酸水溶液中，控制温度为50℃，搅拌20min，得到活化硅胶，将活化硅胶与氯丙基三甲氧基硅烷按质量比为2︰1混合，得到反应物料，将200g反应物料置于400mL二甲苯中反应40min，得到氯丙基化的硅胶；取40g针木叶置于研钵中研磨破碎30min，用100mL蒸馏水将研钵中已破碎的针木叶冲入高浓盘磨中，控制动盘与定盘间距为0.3mm，打浆3次，得到纳米纤维浆液，将纳米纤维浆液置于烘箱中，加热升温至100℃，干燥10h，得到纳米纤维素；将20g纳米纤维素加入装有400mL蒸馏水的烧杯中，向烧杯中依次加入0.8g四甲基哌啶和4g溴化钠，搅拌20min，再向烧杯中加入50mL质量分数为10%的次氯酸钠溶液，用质量分数为20%的氢氧化钠溶液调节pH为9.8，反应3h，最后向烧杯中加入100mL无水乙醇终止反应，继续搅拌10min后得到反应产物；将上述反应产物置于高速离心机中以3500r/min的转速离心处理10min，去除上层液，得到下层纤维沉淀，用去离子水洗涤纤维沉淀3次后，得到氧化纳米纤维；将氯丙基化的硅胶浸入质量分数为20%的聚乙烯亚胺溶液中，浸泡10min，过滤去除滤液，得到多孔硅胶，将多孔硅胶铺置于砂芯漏斗上，铺置厚度为3mm，将氧化纳米纤维配置成500mL质量分数为5%的水悬浮液，再用水悬浮液以0.15MPa的压力对多孔硅胶进行抽滤洗涤，得到植物纤维水处理沉降剂。

称取110mL质量分数为30%的硅酸钠溶液，倒入带有搅拌器的三口烧瓶中，用质量分数为10%的盐酸缓慢调节pH至6.5，启动搅拌器，以375r/min转速搅拌35min，微波振荡处理4min，设定微波振荡功率为735W，得到纳米水溶胶，将纳米水溶胶放入烘箱中加热升温至83℃，干燥3.5h，得到纳米硅胶；称取210g纳米硅胶置于425mL质量分数为40%的甲烷磺酸水溶液中，控制温度为53℃，搅拌25min，得到活化硅胶，将活化硅胶与氯丙基三甲氧基硅烷按质量比为2︰1混合，得到反应物料，将225g反应物料置于410mL二甲苯中反应43min，得到氯丙基化的硅胶；取45g针木叶置于研钵中研磨破碎37min，用125mL蒸馏水将研钵中已破碎的针木叶冲入高浓盘磨中，控制动盘与定盘间距为0.4mm，打浆4次，得到纳米纤维浆液，将纳米纤维浆液置于烘箱中，加热升温至103℃，干燥11h，得到纳米纤维素；将23g纳米纤维素加入装有425mL蒸馏水的烧杯中，向烧杯中依次加入0.9g四甲基哌啶和5g溴化钠，搅拌25min，再向烧杯中加入55mL质量分数为10%的次氯酸钠溶液，用质量分数为20%的氢氧化钠溶液调节pH为10.0，反应4h，最后向烧杯中加入110mL无水乙醇终止反应，继续搅拌13min后得到反应产物；将上述反应产物置于高速离心机中以3600r/min的转速离心处理11min，去除上层液，得到下层纤维沉淀，用去离子水洗涤纤维沉淀4次后，得到氧化纳米纤维；将氯丙基化的硅胶浸入质量分数为20%的聚乙烯亚胺溶液中，浸泡11min，过滤去除滤液，得到多孔硅胶，将多孔硅胶铺置于砂芯漏斗上，铺置厚度为4mm，将氧化纳米纤维配置成550mL质量分数为5%的水悬浮液，再用水悬浮液以0.17MPa的压力对多孔硅胶进行抽滤洗涤，得到植物纤维水处理沉降剂。

称取120mL质量分数为30%的硅酸钠溶液，倒入带有搅拌器的三口烧瓶中，用质量分数为10%的盐酸缓慢调节pH至7，启动搅拌器，以400r/min转速搅拌40min，微波振荡处理5min，设定微波振荡功率为800W，得到纳米水溶胶，将纳米水溶胶放入烘箱中加热升温至85℃，干燥4h，得到纳米硅胶；称取220g纳米硅胶置于450mL质量分数为40%的甲烷磺酸水溶液中，控制温度为55℃，搅拌30min，得到活化硅胶，将活化硅胶与氯丙基三甲氧基硅烷按质量比为2︰1混合，得到反应物料，将250g反应物料置于420mL二甲苯中反应45min，得到氯丙基化的硅胶；取50g针木叶置于研钵中研磨破碎45min，用150mL蒸馏水将研钵中已破碎的针木叶冲入高浓盘磨中，控制动盘与定盘间距为0.5mm，打浆5次，得到纳米纤维浆液，将纳米纤维浆液置于烘箱中，加热升温至105℃，干燥12h，得到纳米纤维素；将25g纳米纤维素加入装有450mL蒸馏水的烧杯中，向烧杯中依次加入1.0g四甲基哌啶和6g溴化钠，搅拌30min，再向烧杯中加入60mL质量分数为10%的次氯酸钠溶液，用质量分数为20%的氢氧化钠溶液调节pH为10.2，反应5h，最后向烧杯中加入120mL无水乙醇终止反应，继续搅拌15min后得到反应产物；将上述反应产物置于高速离心机中以3700r/min的转速离心处理12min，去除上层液，得到下层纤维沉淀，用去离子水洗涤纤维沉淀5次后，得到氧化纳米纤维；将氯丙基化的硅胶浸入质量分数为20%的聚乙烯亚胺溶液中，浸泡12min，过滤去除滤液，得到多孔硅胶，将多孔硅胶铺置于砂芯漏斗上，铺置厚度为5mm，将氧化纳米纤维配置成600mL质量分数为5%的水悬浮液，再用水悬浮液以0.20MPa的压力对多孔硅胶进行抽滤洗涤，得到植物纤维水处理沉降剂。

以石家庄市某公司生产的水处理沉降剂作为对比例

对本发明制得的植物纤维水处理沉降剂和对比例中的水处理沉降剂进行检测，检测结果如表1所示：

参照《污水综合排放标准》GB8978标准执行。

水中总磷的测定采用钼酸铵分光光度法。

表1性能测定结果

由表1数据可知，本发明制得的植物纤维水处理沉降剂，能够有效地去除污水中的COD、BOD、SS、TP等污染物质和有毒重金属离子，并且效率远高于市面上同种类型的产品，因此，具有广阔的使用前景。

Claims

1.一种植物纤维水处理沉降剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

2.根据权利要求1所述的一种植物纤维水处理沉降剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的硅酸钠溶液的质量分数为30%，盐酸的质量分数为10%，盐酸调节pH为6～7，搅拌转速为350～400r/min，搅拌时间为30～40min，微波振荡处理时间为3～5min，设定微波振荡功率为700～800W，烘箱温度为80～85℃，干燥时间为3～4h。

3.根据权利要求1所述的一种植物纤维水处理沉降剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的甲烷磺酸水溶液的质量分数为40%，控制反应温度为50～55℃，搅拌时间为20～30min，活化硅胶与氯丙基三甲氧基硅烷混合的质量比为2︰1，反应时间为40～45min。

4.根据权利要求1所述的一种植物纤维水处理沉降剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的研磨破碎时间为30～45min，控制动盘与定盘间距为0.3～0.5mm，打浆次数为3～5次，烘箱加热升温后温度为100～105℃，干燥时间为10～12h。

5.根据权利要求1所述的一种植物纤维水处理沉降剂的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的搅拌时间为20～30min，次氯酸钠溶液的质量分数为10%，氢氧化钠溶液的质量分数为20%，氢氧化钠溶液调节pH为9.8～10.2，反应时间为3～5h，继续搅拌反应时间为10～15min。

6.根据权利要求1所述的一种植物纤维水处理沉降剂的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述的高速离心机转速为3500～3700r/min，离心处理时间为10～12min。

7.根据权利要求1所述的一种植物纤维水处理沉降剂的制备方法，其特征在于：步骤（6）所述的聚乙烯亚胺溶液的质量分数为20%，浸泡时间为10～12min，多孔硅胶铺置厚度为3～5mm，水悬浮液的质量分数为5%，抽滤洗涤时压力为0.15～0.20MPa。