CN110054247A - 一种污水处理剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污水处理剂及其制备方法，属于污水处理技术领域。采用的技术方案是：一种污水处理剂，按照质量百分数计，包括40～58%的膨润土、20～30%的壳聚糖、15～22%的壳聚糖‑活性炭复合物、6～15%的海藻酸钠和0.1～1.8%的聚环氧琥珀酸；所述膨润土为有机改性膨润土，所述壳聚糖为季铵盐改性壳聚糖。本发明的污水处理剂来源广泛、环保安全，采用本发明产品对污水进行处理的效果好。

Description

一种污水处理剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种污水处理剂及其制备方法。

背景技术

随着现代化工业的快速发展，水污染问题已经成为全球性问题，有效地治理废水和修复受污染的水体，并使其成为可重复利用的水资源，在经济处于高速发展而人均淡水资源又十分紧缺的当下显得十分迫切和重要。水处理剂是工业用水、生活用水、废水处置进程中必需的化学药剂，在水处理剂中，发挥治理污水作用的主要是吸附剂或絮凝剂。吸附剂是具有较大比表面积、适宜的孔结构及表面结构的物质，对水中的悬浮物等有强烈的吸附能力，具有性能稳定和可重复使用的优点，但吸附效果受结构影响，难以对污水进行彻底清理。絮凝剂是用于除去或沉降水中浊度或悬浮物，使其产生大颗粒的凝聚体，加快水中杂质和污泥沉降速度的化学药品，包括无机絮凝剂和有机絮凝剂。无机絮凝剂主要包括铝盐和铁盐，如硫酸铝、氯化铁等，具有成本低廉、生产工艺简单的优点，但无机絮凝剂在水处理时用量大、絮凝效率低。有机絮凝剂又可分为有机合成絮凝剂和天然絮凝剂，有机合成絮凝剂具有用量小、絮凝速度快的优点，但有机絮凝剂的单体毒性大，无法自然降解，易产生二次污染。天然絮凝剂的来源广泛，毒性极低，可自然降解不产生二次污染，但天然絮凝剂的效率低。

现有技术中，公布号为CN108191067A的中国专利公开了一种微生物污水处理剂，由以下重量份的原料制备而成：沸石粉15～25份、活性炭25～35份、钾长石5～15份、月桂基三甲基溴化铵5～15份、硫酸镁5～15份、红平红球菌1～5份、黄孢原毛平革菌1～5份、酱油曲霉1～5份、硫杆菌1～5份和磷酸钾盐5～15份。该配方利用微生物和无机填料对污水进行处理，不易造成二次污染，对环境影响小，但其来源局限性大、成本高，对污水进行处理时受温度影响大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种污水处理剂，具有组成成分来源广泛、成本低廉、对污水处理效果好的优点。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种污水处理剂，按照质量百分数计，包括40～58％的膨润土、20～30％的壳聚糖、15～22％的壳聚糖-活性炭复合物、6～15％的海藻酸钠和0.1～1.8％的聚环氧琥珀酸；所述膨润土为有机改性膨润土，所述壳聚糖为季铵盐改性壳聚糖。优选的，按照质量百分数计，包括45～50％的膨润土、23～26％的壳聚糖、18～20％的壳聚糖-活性炭复合物、8～10％的海藻酸钠和0.2～0.5％的聚环氧琥珀酸。

实施上述技术方案，以有机改性膨润土为主要吸附剂、以季铵盐改性壳聚糖为主要絮凝剂，配以壳聚糖-活性炭复合物、海藻酸钠和聚环氧琥珀酸，通过物理吸附作用和絮凝作用除去污水中的污染源。膨润土是一种以蒙脱石为主要成分的非金属矿物，由两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2:1型晶体结构，具有较大的比表面积和离子交换容量，能够将废水中的污染物吸附除去。膨润土的有机改性主要通过阳离子取代膨润土层间的可交换离子或与层间阳离子反应生产有机金属配合物等，得到层间距增大、疏水性增强的改性膨润土，有利于提高膨润土去除污水中有机物的能力。

壳聚糖又称脱乙酰甲壳素，其分子中含有活泼的羟基和氨基，对水体中的带负电荷的有机、无机微粒具有较好的吸附作用，对重金属离子又具有良好的鳌合作用。季铵盐改性壳聚糖是在壳聚糖的氨基上引入小分子量的季铵盐或把氨基上引入的基团转换为季铵盐，以增加改性后的正电荷数量和分子量，有利于提高其污水处理的絮凝作用。壳聚糖-活性炭复合物是壳聚糖与活性炭的复合产物，具有优异的抑菌效果和吸附性能，既能抑制污水中微生物的生长繁殖，又能增强对污染水体中污染物的吸附作用。海藻酸钠是一种天然多糖，能够与金属离子络合，改善壳聚糖在污水中的溶解度，有利于增加壳聚糖与污水中重金属离子的接触，增强壳聚糖对金属离子的鳌合吸附作用。聚环氧琥珀酸是一种无氮、非磷有机化合物，兼具阻垢和缓蚀双重功效，生物降解性能好。海藻酸钠与聚环氧琥珀酸配合，有利于增强聚环氧琥珀酸的阻垢作用。

进一步，所述壳聚糖与海藻酸钠的用量质量比为2.3～3.5：1。

实施上述技术方案，海藻酸钠对壳聚糖的鳌合吸附作用有较好的增强效果。

进一步，所述有机改性膨润土以阳离子表面活性剂为改性剂，对钠基膨润土进行改性的有机改性膨润土，优选的，所述有机改性膨润土的改性剂为十六烷基三甲基溴化铵。

实施上述技术方案，十六烷基三甲基溴化铵是一种阳离子表面活性剂，采用十六烷基三甲基溴化铵嵌入钠基膨润土间层，将膨润土表面的亲水性转变为疏水性，使膨润土中的有机碳含量增加，增加了膨润土层间的距离，有利于提高膨润土对有机物的亲和力和吸附量，进而有利于提高膨润土对有机污染物的去除率。

进一步，所述壳聚糖-活性炭复合物中壳聚糖与活性炭的质量比为0.05～0.4:1。壳聚糖-活性炭复合物按照如下方法制备：将壳聚糖溶解在体积分数为2～5.3％的醋酸中，向壳聚糖溶液中加入活性炭，搅拌40～75min后滴加质量分数为4～6％的氢氧化钠溶液，滴加至pH值为9～11为止，抽滤并用去离子水多次洗涤沉淀，烘干后即得。

实施上述技术方案，通过将壳聚糖溶解包覆在活性炭表面，壳聚糖的添加量增加，活性炭表面包覆的壳聚糖相应增加，会减弱活性炭对有机污染物的吸附作用；壳聚糖的添加量减少时，会降低复合物的抑菌作用。在上述用量比例下，壳聚糖-活性炭复合物具有较好的吸附作用和抑菌作用。

进一步，所述季铵盐改性壳聚糖的制备方法如下：

将壳聚糖溶解于体积分数为2～5.3％的醋酸中，向壳聚糖溶液中加入硫酸铈，搅拌均匀后加入二甲基二烯丙基氯化铵，保持45～55℃的温度2.5～3h，待溶液自然冷却后加入丙酮，抽滤后得到沉淀，用去离子水洗涤沉淀多次，在55～65℃下烘干，即得。所述壳聚糖与硫酸铈的用量质量比为1:0.05～0.1；所述壳聚糖与二甲基二烯丙基氯化铵的用量质量比为1:2.8～3.5。

实施上述技术方案，以硫酸铈为引发剂，将壳聚糖与二甲基二烯丙基氯化铵接枝共聚，接枝物表面呈现出不连续、多空隙、多孔道、不规则的多孔层结构，增大壳聚糖在水中的溶解度和正电荷密度，有利于提高壳聚糖的絮凝作用。

本发明的另一个目的在于提供一种污水处理剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照原料组分的配比称取各原料，将海藻酸钠和聚环氧琥珀酸溶解在纯水中，制得浸泡液。

步骤二：将膨润土、壳聚糖和壳聚糖-活性炭复合物混合均匀后磨粉，过60～100目筛，得混合料。

步骤三：将步骤二制得的混合料浸入步骤一的浸泡液中，超声处理5～15min，在温度为55～65℃下干燥，即得。

实施上述技术方案，通过将海藻酸钠和聚环氧琥珀酸溶解制备成溶液，并将膨润土、壳聚糖和壳聚糖-活性炭复合物浸泡在该溶液中超声后干燥，使海藻酸钠和聚环氧琥珀酸均匀的附着在膨润土、壳聚糖和壳聚糖-活性炭复合物的表面，在对污水进行处理时，有利于海藻酸钠和聚环氧琥珀酸在水中的分散和与其他成分的配合作用。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

通过以有机改性膨润土作为主要吸附剂、以季铵盐改性壳聚糖作为主要絮凝剂，利用物理吸附作用和絮凝作用除去污水中的污染源，膨润土、壳聚糖、壳聚糖-活性炭复合物三者协同作用，有利于增强其对污染源的吸附和絮凝作用，进而提高处理剂对污水的处理效率和效果。在处理剂中添加聚环氧琥珀酸，使处理剂具有阻垢和缓释的效果，添加海藻酸钠，有利于提高聚环氧琥珀酸的阻垢作用，也促进壳聚糖对水中污染物的吸附效果。本发明的处理剂采用的成分来源广泛、安全环保，在水处理过程中不会产生二次污染，配方结构简单，同时具有吸附、絮凝、缓蚀、阻垢和抑菌效果，对污水的处理效率高、效果好。

具体实施方式

下面对本发明实施例的技术方案进行描述。

实施例一本实施例提供一种污水处理剂，由以下重量的原料组成：2kg的膨润土、1.5kg的壳聚糖、1.1kg的壳聚糖-活性炭复合物、0.395kg的海藻酸钠和0.005kg的聚环氧琥珀酸。其中，本实施例采用的膨润土为有机改性膨润土，壳聚糖为季铵盐改性壳聚糖。

本实施例采用的有机改性膨润土的制备方法如下：将2kg的膨润土分散于100L的水中，搅拌3h，然后将膨润土悬浮液加热到80℃，向悬浮液中加入0.8kg的十六烷基三甲基溴化铵，在该温度下持续搅拌2.5h，将混合液抽滤，用去离子水淋洗抽滤得到的膨润土，淋洗三次后烘干，在60℃下干燥12h，即得。

本实施例采用的壳聚糖-活性炭复合物按照如下方法制备：将0.1kg的壳聚糖溶解在100L体积分数为2％的醋酸中，向壳聚糖溶液中加入1kg的活性炭，搅拌40min后滴加质量分数为4％的氢氧化钠溶液，滴加至pH值为9时为止，抽滤并用去离子水洗涤沉淀三次，在55℃下烘干后即得。

本实施例采用的季铵盐改性壳聚糖的制备方法如下：将1.5kg的壳聚糖溶解于30L体积分数为2％的醋酸中，向壳聚糖溶液中加入0.15kg的硫酸铈，搅拌均匀后加入4.2kg的二甲基二烯丙基氯化铵，保持55℃的温度2.5h，待溶液自然冷却后加入丙酮，添加至沉淀不再增加，对反应液抽滤后得到沉淀，用去离子水洗涤沉淀三次，在65℃下烘干，即得。

本实施例提供的污水处理剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照原料组分的配比称取各原料，将海藻酸钠和聚环氧琥珀酸溶解在2L纯水中，制得浸泡液。

步骤二：将膨润土、壳聚糖和壳聚糖-活性炭复合物混合均匀后磨粉，过60目筛，得混合料。

步骤三：将步骤二制得的混合料浸入步骤一的浸泡液中，超声处理5min，在温度为55℃的条件下干燥，即得。

实施例二本实施例与实施例一的区别主要在于：本实施例的污水处理剂由以下重量的原料组成：2.7kg的膨润土、1.56kg的壳聚糖、1.2kg的壳聚糖-活性炭复合物、0.432kg的海藻酸钠和0.108kg的聚环氧琥珀酸。其中，本实施例采用的壳聚糖为季铵盐改性壳聚糖，本实施例采用的膨润土与实施例一采用的相同。

本实施例采用的壳聚糖-活性炭复合物按照如下方法制备：将0.06kg的壳聚糖溶解在50L体积分数为4％的醋酸中，向壳聚糖溶液中加入1.14kg的活性炭，搅拌55min后滴加质量分数为5％的氢氧化钠溶液，滴加至pH值为10时为止，抽滤并用去离子水洗涤沉淀两次，在60℃下烘干后即得。

本实施例采用的季铵盐改性壳聚糖的制备方法如下：将1.6kg的壳聚糖溶解于25L体积分数为4％的醋酸中，向壳聚糖溶液中加入0.08kg的硫酸铈，搅拌均匀后加入4.8kg的二甲基二烯丙基氯化铵，保持50℃的温度2.8h，待溶液自然冷却后加入丙酮，添加至沉淀不再增加，对反应液抽滤后得到沉淀，用去离子水洗涤沉淀三次，在60℃下烘干，即得。

本实施例提供的污水处理剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照原料组分的配比称取各原料，将海藻酸钠和聚环氧琥珀酸溶解在2.5L纯水中，制得浸泡液。

步骤二：将膨润土、壳聚糖和壳聚糖-活性炭复合物混合均匀后磨粉，过80目筛，得混合料。

步骤三：将步骤二制得的混合料浸入步骤一的浸泡液中，超声处理10min，在温度为50℃的条件下干燥，即得。

实施例三本实施例与实施例一的区别主要在于：本实施例的污水处理剂由以下重量的原料组成：1.92kg的膨润土、1kg的壳聚糖、0.72kg的壳聚糖-活性炭复合物、0.34kg的海藻酸钠和0.02kg的聚环氧琥珀酸。其中，本实施例采用的壳聚糖为季铵盐改性壳聚糖，本实施例采用的膨润土与实施例一采用的相同。

本实施例采用的壳聚糖-活性炭复合物按照如下方法制备：将0.21kg的壳聚糖溶解在80L体积分数为5.3％的醋酸中，向壳聚糖溶液中加入0.51kg的活性炭，搅拌75min后滴加质量分数为6％的氢氧化钠溶液，滴加至pH值为11时为止，抽滤并用去离子水洗涤沉淀三次，在60℃下烘干后即得。

本实施例采用的季铵盐改性壳聚糖的制备方法如下：将1kg的壳聚糖溶解于15L体积分数为5.3％的醋酸中，向壳聚糖溶液中加入0.08kg的硫酸铈，搅拌均匀后加入3.5kg的二甲基二烯丙基氯化铵，保持45℃的温度3h，待溶液自然冷却后加入丙酮，添加至沉淀不再增加，对反应液抽滤后得到沉淀，用去离子水洗涤沉淀三次，在55℃下烘干，即得。

本实施例提供的污水处理剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照原料组分的配比称取各原料，将海藻酸钠和聚环氧琥珀酸溶解在1.5L纯水中，制得浸泡液。

步骤二：将膨润土、壳聚糖和壳聚糖-活性炭复合物混合均匀后磨粉，过100目筛，得混合料。

步骤三：将步骤二制得的混合料浸入步骤一的浸泡液中，超声处理15min，在温度为65℃的条件下干燥，即得。

实施例四至六实施例四至六的污水处理剂的组成用量如表1所示，其制备方法及采用的部分原料的制备均与实施例一相同。

表1实施例四至六的污水处理剂组成用量

成分/kg	实施例四	实施例五	实施例六
				有机改性膨润土	1.25	1.74	2.25
季铵盐改性壳聚糖	0.575	0.6	1.035
				壳聚糖-活性炭复合物	0.42	0.45	0.95
海藻酸钠	0.25	0.18	0.75
				聚环氧琥珀酸	0.005	0.03	0.015

对比例一本对比例与实施例一的区别主要在于：本对比例的污水处理剂由以下重量的原料组成：2.4kg的膨润土、1.25kg的壳聚糖、0.9kg的活性炭、0.425kg的海藻酸钠和0.025kg的聚环氧琥珀酸。其中，本对比例采用的壳聚糖为未改性的普通壳聚糖，膨润土为普通钙基膨润土。本对比例的制备方法与实施例一相同。

对比例二本对比例与实施例一的区别主要在于：本对比例的污水处理剂由以下重量的原料组成：2.4kg的膨润土、1.25kg的壳聚糖、0.9kg的壳聚糖-活性炭复合物和0.025kg的聚环氧琥珀酸。其中，本对比例采用的壳聚糖为未改性的普通壳聚糖，膨润土为普通钙基膨润土。本对比例的制备方法与实施例一相同。

产品检测按照GB/T 18175-2014的标准对各实施例和对比例制备的污水处理剂的缓蚀性能进行测定。分别用实施例一至六和对比例一、二制备的污水处理剂对同一水体取的废水进行处理，各实施例和对比例在处理过程中的污水处理剂用量为5g/L。按照GB/T22597-2014的标准对处理前后的污水中化学需氧量进行测定；按照GB/T 7475-87的标准对处理前后的污水中铜、锌、铅、铬的含量进行测定，并计算四种金属离子的平均含量；按照GB/T 11894-89的标准对处理前后的污水中总氮含量进行测定。上述检测结果如表2所示。

表2各实施例和对比例的检测结果

组别	缓蚀率/％	COD(mg/L)	金属离子平均含量(mg/L)	总氮(mg/L)
					污水处理前	/	1640	24	68
实施例一	96.5	53	0.26	7
					实施例二	97.1	44	0.18	5
实施例三	99.3	30	0.09	3
					实施例四	98.4	38	0.11	4
实施例五	97.9	41	0.13	4
					实施例六	96.8	45	0.21	6
对比例一	82.2	181	1.27	18
					对比例二	54.8	216	1.32	21

由表2可见，本发明各实施例制备的污水处理剂对污水的处理效果好，其对污水中化学需氧量和重金属的去除率明显高于对比例，污水处理后的总氮含量也明显低于对比例。对比例二的缓蚀率明显低于对比例一，证明配方中的海藻酸钠对污水处理剂的缓蚀、阻垢效果有促进作用。对比例一的污水处理效果明显低于各实施例，证明配方中壳聚糖、膨润土的改性、壳聚糖与活性炭的复合，均对污水处理效果有显著影响。同时，实施例三、四、五制备的污水处理剂略优于其他实施例，证明壳聚糖与海藻酸钠的用量质量比例在2.3～3.5：1范围内有利于提高污水处理剂的处理效果。本发明采用的成分来源广泛、环保安全，同时具有吸附、絮凝、缓蚀、阻垢和抑菌的效果，对污水的处理效果好。

Claims (10)

1.一种污水处理剂，其特征在于，按照质量百分数计，包括40～58%的膨润土、20～30%的壳聚糖、15～22%的壳聚糖-活性炭复合物、6～15%的海藻酸钠和0.1～1.8%的聚环氧琥珀酸；所述膨润土为有机改性膨润土，所述壳聚糖为季铵盐改性壳聚糖。

2.根据权利要求1所述的一种污水处理剂，其特征在于，按照质量百分数计，包括45～50%的膨润土、23～26%的壳聚糖、18～20%的壳聚糖-活性炭复合物、8～10%的海藻酸钠和0.2～0.5%的聚环氧琥珀酸。

3.根据权利要求1所述的一种污水处理剂，其特征在于，所述壳聚糖与海藻酸钠的用量质量比为2.3～3.5：1。

4.根据权利要求1所述的一种污水处理剂，其特征在于，所述有机改性膨润土以阳离子表面活性剂为改性剂，对钠基膨润土进行改性的有机改性膨润土。

5.根据权利要求4所述的一种污水处理剂，其特征在于，所述有机改性膨润土的改性剂为十六烷基三甲基溴化铵。

6.根据权利要求1所述的一种污水处理剂，其特征在于，所述壳聚糖-活性炭复合物中壳聚糖与活性炭的质量比为0.05～0.4:1。

7.根据权利要求6所述的一种污水处理剂，其特征在于，所述壳聚糖-活性炭复合物按照如下方法制备：将壳聚糖溶解在体积分数为2～5.3%的醋酸中，向壳聚糖溶液中加入活性炭，搅拌40～75min后滴加质量分数为4～6%的氢氧化钠溶液，滴加至pH值为9～11为止，抽滤并用去离子水多次洗涤沉淀，烘干后即得。

8.根据权利要求1所述的一种污水处理剂，其特征在于，所述季铵盐改性壳聚糖的制备方法如下：

将壳聚糖溶解于体积分数为2～5.3%的醋酸中，向壳聚糖溶液中加入硫酸铈，搅拌均匀后加入二甲基二烯丙基氯化铵，保持45～55℃的温度2.5～3h，待溶液自然冷却后加入丙酮，抽滤后得到沉淀，用去离子水洗涤沉淀多次，在55～65℃下烘干，即得；所述壳聚糖与硫酸铈的用量质量比为1:0.05～0.1；所述壳聚糖与二甲基二烯丙基氯化铵的用量质量比为1:2.8～3.5。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的一种污水处理剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：按照原料组分的配比称取各原料，将海藻酸钠和聚环氧琥珀酸溶解在纯水中，制得浸泡液；

步骤二：将膨润土、壳聚糖和壳聚糖-活性炭复合物混合均匀后磨粉，过60～100目筛，得混合料；

步骤三：将步骤二制得的混合料浸入步骤一的浸泡液中，超声处理5～15min，干燥，即得。

10.根据权利要求9所述的一种污水处理剂的制备方法，其特征在于，所述步骤三中的干燥温度为55～65℃。