CN111167422A - 一种由木薯渣制备的废水处理剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种由木薯渣制备的废水处理剂,是一种多孔的磁性微球结构;微球的内部为纳米级Fe2O3铁粉;外部结构是将涂覆液涂覆在铁粉外并干燥形成;所述的涂覆液由如下重量百分数的组分组成:4%~5%的木薯渣、70%~76的乳化剂、6%~10%的丙烯酰胺、0.5%的聚乙烯亚胺、1.2%的交联剂、3%~4%的引发剂、0.8%~1.0%的聚乙二醇,余量为水。本发明的优点在于:根据广西的特色对于木薯渣进行合理的废物的回收利用,环境友好且工艺简单,操作方便,可重复多次使用,符合绿色化学的要求。

Description

一种由木薯渣制备的废水处理剂
技术领域
本发明涉及一种废水处理的方法,属于废水处理技术领域,特别涉及一种废水处理剂。
背景技术
随着近现代工业崛起,水污染日益严重,就我国而言,绝大多处城市水质受到不同程度的污染。很多未经处理工业废水和工业废弃物直接排放到了自然界中,使得水体中的重金属含量急剧上升。其中镉离子是一种典型的重金属离子,来源广泛,不可降解和累积性等特点,废水中镉离子被生物体吸附后进入生态系统,经过食物链的汇集,逐渐流入生物链顶端的人类身上。2012年广西龙江宜州发现重金属镉超标污染,附近群众生活用水受到直接影响,附近部分居民代谢系统出现紊乱、肾损伤、骨质软化变形等疾病(环境污染事故典型案例剖析与环境应急管理对策:中国环境出版社,2013,(4):105)。
传统的处理方法,包括化学沉淀法、电解法、离子交换法、膜分离法等等(广东农业科学,2008,(8):143-146)。然而这些方法的表现都不尽人意,如化学沉淀法和电解法,对于处理低浓度废水,难以净化到可排放的标准范围之内,且耗电量大,成本较高,效果较差;离子交换法和膜分离法处理效果较好,但容易受水质,处理环境等方面影响较大,且后期的维护成本高。而吸附法相较于上述方法有较好的表现,具有处理效果好,选择性高,吸附量大等方面优势,逐渐在重金属离子的去除领域得到青睐。
对于水中重金属离子吸附剂材料的开发应用,以及相应的吸附机理和热力学理论,已经成为一个涉及环境、物理、化学及材料等多学科交叉的研究热门领域。吸附剂的材料种类繁多,按化学组成可分为无机吸附材料、有机高分子材料和复合型吸附材料3类(建筑科学与工程学报,2017,(5):34)。在对于实际的应用中,传统的吸附剂材料表现出缺陷,去除能力不高,材料制备过程复杂,材料吸附过后难以降解等问题。为了解决上述问题开发一种原料价格低廉,来源广泛,选择能力及吸附能力高的可降解的吸附材料,是未来重金属离子吸附剂材料研究的趋势。迄今为止,研究人员提出了各种各样的原料,如核桃壳、稻壳、花生壳、海藻以及活性炭等通过化学修饰制备吸附剂来达到废水处理的目的。
本研究以木薯渣作为原料制备了一种多孔微球结构的吸附剂材料。木薯是广西的主要经济作物,产量高,来源广泛(饲料博览, 2019,(3):34-37)。而木薯渣是木薯生产完淀粉或酒精后的废渣,但其组成中包含淀粉、木质素、纤维素和半纤维素等,是一种天然的高分子材料,可以通过化学改性和修饰制备一种选择能力较好的可降解的吸附剂,符合未来吸附剂材料研究趋势。
发明内容
本发明的主要目的是克服上述现有技术的问题,提供一种废水处理剂,具有工艺简单,操作方便,去除率高,且吸附剂可循环多次使用,复合绿色化学要求。
本发明解决上述技术问题方案如下:
一种由木薯渣制备的废水处理剂,是一种多孔的磁性微球结构;微球的内部为纳米级Fe2O3铁粉;外部结构是将涂覆液涂覆在铁粉外并干燥形成;所述的涂覆液由如下重量百分数的组分组成:
4%~5%的木薯渣、70%~76的乳化剂、6%~10%的丙烯酰胺、0.5%的PEI、1.2%的交联剂、3%~4%的引发剂、0.8%~1.0%的聚乙二醇,余量为水。
作为优选的,在上述的废水处理剂中,所述的乳化剂为质量比为1:4.60的烷基酚聚氧乙烯醚或失水山梨糖醇脂肪酸酯。
作为优选的,在上述的废水处理剂中,所述的引发剂为质量比为1:1的无水亚硫酸钠和过硫酸铵。
作为优选的,在上述的废水处理剂中,所述交联剂分为由0.16% N,N-亚甲基双丙烯酰胺和1.04%戊二醛组成。
上述废水处理剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)称取预处理过后的木薯渣加入到pH=12的NaOH溶液中糊化,然后依次加入丙烯酰胺、聚乙二醇和N,N-亚甲基双丙烯酰胺,纳米级Fe2O3铁粉混匀后形成水相备用;将乳化剂置于烧瓶中,超声混匀后形成油相备用;
(2)将油相转入三口瓶中,5~10℃下加入水相低温持续搅拌直至混匀,然后加入引发剂加入其中反应10~20min,然后升温至60℃继续搅拌反应,洗涤过滤,得到初步样品;
(3)将初步样品与PEI在水中机械搅拌3h直至混匀,加入戊二醛溶液,持续搅拌,过滤干燥即得。
采用上述的技术方案,可以得到可调控孔径的磁性微球吸附剂,加快微球吸附速度,使废水中重金属离子,快速富集沉淀。将其置入废水中可处理废水中的重金属离子,其中主要对镉离子吸附能力较好。可在调控微球孔径的同时,对微球进行化学修饰,提高微球的化学吸附能力。
本发明与现有的技术相比,具有以下有益效果:
1.本发明所得的废水处理剂为多孔磁性微球结构,主要以铁粉作为分离剂,使得吸附剂在吸附作用完成以后,通过外加磁场的方式可以有效分离;反应溶液为木薯渣等碳基物质通过浸渍法,乳液聚合法等,对铁粉进行包覆使其形成一种多孔微球结构,通过添加致孔剂来调控孔径大小。
2.本发明将聚乙烯亚胺(PEI)负载在致孔剂(聚乙二醇)、丙烯酰胺改性过后的木薯渣或者木薯淀粉上,形成一种多孔的吸附剂。
2.本发明根据广西的特色对于木薯渣进行合理的废物的回收利用,环境友好且工艺简单,操作方便,所采用的吸附剂可循环再生,去除率高且可多次使用,符合绿色化学的要求。。
具体实施方式:
以下结合实例对本发明作进一步说明,但本发明并不局限这些事例。
实施例1:
一种废水处理剂,是一种多孔的磁性微球结构;微球的内部为纳米级Fe2O3铁粉;外部结构是将涂覆液涂覆在铁粉外并干燥形成;所述的涂覆液由如下重量百分数的组分组成:
4.0%的木薯渣、70%的乳化剂、6.0%的丙烯酰胺、0.16%的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.5%的PEI、1.04%的戊二醛、3.0%的引发剂、0.8%的聚乙二醇,余量为水。乳化剂包括质量比为1:4.60的OP-10和司班-80。引发剂包括质量比为1:1的无水亚硫酸钠和过硫酸铵。
制备方法为:
称取预处理过后的木薯渣加入到pH=12的NaOH溶液中糊化,2.0h后依次加入丙烯酰胺、聚乙二醇,N,N-亚甲基双丙烯酰胺,纳米级Fe2O3铁粉混匀后形成水相备用;将配方比的乳化剂置于烧瓶中,超声混匀后形成油相备用。
将油相转入三口瓶中,10℃下加入水相低温持续搅拌直至混匀,然后加入按配方比配置好的引发剂加入其中反应10min,然后升温至60℃继续搅拌反应3h,洗涤过滤,得到初步样品。将初步样品与PEI与水中机械搅拌3h直至混匀,加入戊二醛溶液,持续搅拌6h,过滤干燥。
实施例2
一种废水处理剂,是一种多孔的磁性微球结构;微球的内部为纳米级Fe2O3铁粉;外部结构是将涂覆液涂覆在铁粉外并干燥形成;所述的涂覆液由如下重量百分数的组分组成:
5.0%的木薯渣、72%的乳化剂、6.0%的丙烯酰胺、0.16%的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.5%的PEI、1.04%的戊二醛、4.0%的引发剂、0.8%的聚乙二醇,余量为水。乳化剂包括质量比为1:4.60的OP-10和司班-80。引发剂包括质量比为1:1的无水亚硫酸钠和过硫酸铵。
制备方法为:
称取预处理过后的木薯渣加入到pH=12的NaOH溶液中糊化,2.0h后依次加入丙烯酰胺、聚乙二醇,N,N-亚甲基双丙烯酰胺,纳米级Fe2O3铁粉混匀后形成水相备用;将配方比的乳化剂置于烧瓶中,超声混匀后形成油相备用。
将油相转入三口瓶中,10℃下加入水相低温持续搅拌直至混匀,然后加入按配方比配置好的引发剂加入其中反应10min,然后升温至60℃继续搅拌反应3h,洗涤过滤,得到初步样品。将初步样品与PEI与水中机械搅拌3h直至混匀,加入戊二醛溶液,持续搅拌6h,过滤干燥。
实施例3
一种废水处理剂,是一种多孔的磁性微球结构;微球的内部为纳米级Fe2O3铁粉;外部结构是将涂覆液涂覆在铁粉外并干燥形成;所述的涂覆液由如下重量百分数的组分组成:
4.0%的木薯渣、74%的乳化剂、8.0%的丙烯酰胺、0.16%的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.5%的PEI、1.04%的戊二醛、3.0%的引发剂、0.9%的聚乙二醇,余量为水。乳化剂包括质量比为1:4.60的OP-10和司班-80。引发剂包括质量比为1:1的无水亚硫酸钠和过硫酸铵。
制备方法为:
称取预处理过后的木薯渣加入到pH=12的NaOH溶液中糊化,2.0h后依次加入丙烯酰胺、聚乙二醇,N,N-亚甲基双丙烯酰胺,纳米级Fe2O3铁粉混匀后形成水相备用;将配方比的乳化剂置于烧瓶中,超声混匀后形成油相备用。
将油相转入三口瓶中,10℃下加入水相低温持续搅拌直至混匀,然后加入按配方比配置好的引发剂加入其中反应10min,然后升温至60℃继续搅拌反应3h,洗涤过滤,得到初步样品。将初步样品与PEI与水中机械搅拌3h直至混匀,加入戊二醛溶液,持续搅拌6h,过滤干燥。
实施例4
一种废水处理剂,是一种多孔的磁性微球结构;微球的内部为纳米级Fe2O3铁粉;外部结构是将涂覆液涂覆在铁粉外并干燥形成;所述的涂覆液由如下重量百分数的组分组成:
4%的木薯渣、76%的乳化剂、10.0%的丙烯酰胺、0.16%的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.5%的PEI、1.04%的戊二醛、4.0%的引发剂、1.0%的聚乙二醇,余量为水。乳化剂包括质量比为1:4.60的OP-10和司班-80。引发剂包括质量比为1:1的无水亚硫酸钠和过硫酸铵。
制备方法为:
称取预处理过后的木薯渣加入到pH=12的NaOH溶液中糊化,2.0h后依次加入聚乙二醇,N,N-亚甲基双丙烯酰胺,纳米级Fe2O3铁粉混匀后形成水相备用;将配方比的乳化剂置于烧瓶中,超声混匀后形成油相备用。
将油相转入三口瓶中,10℃下加入水相低温持续搅拌直至混匀,然后加入按配方比配置好的引发剂加入其中反应10min,然后升温至60℃继续搅拌反应3h,洗涤过滤,得到初步样品。将初步样品与PEI与水中机械搅拌3h直至混匀,加入戊二醛溶液,持续搅拌6h,过滤干燥。
实施例5
一种废水处理剂,是一种多孔的磁性微球结构;微球的内部为纳米级Fe2O3铁粉;外部结构是将涂覆液涂覆在铁粉外并干燥形成;所述的涂覆液由如下重量百分数的组分组成:
5%的木薯渣、76%的乳化剂、8.0%的丙烯酰胺、0.16%的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.5%的PEI、1.04%的戊二醛、4.0%的引发剂、1.0%的聚乙二醇,余量为水。乳化剂包括质量比为1:4.60的OP-10和司班-80。引发剂包括质量比为1:1的无水亚硫酸钠和过硫酸铵。
制备方法为:
称取预处理过后的木薯渣加入到pH=12的NaOH溶液中糊化,2.0h后依次加入丙烯酰胺、聚乙二醇,N,N-亚甲基双丙烯酰胺,纳米级Fe2O3铁粉混匀后形成水相备用;将配方比的乳化剂置于烧瓶中,超声混匀后形成油相备用。
将油相转入三口瓶中,10℃下加入水相低温持续搅拌直至混匀,然后加入按配方比配置好的引发剂加入其中反应10min,然后升温至60℃继续搅拌反应3h,洗涤过滤,得到初步样品。将初步样品与PEI与水中机械搅拌3h直至混匀,加入戊二醛溶液,持续搅拌6h,过滤干燥。

Claims (6)

1.一种由木薯渣制备的废水处理剂,其特征是一种多孔的磁性微球结构;微球的内部为纳米级Fe2O3铁粉;外部结构是将涂覆液涂覆在铁粉外并干燥形成;所述的涂覆液由如下重量百分数的组分组成:
4%~5%的木薯渣、70%~76的乳化剂、6%~10%的丙烯酰胺、0.5%的聚乙烯亚胺、1.2%的交联剂、3%~4%的引发剂、0.8%~1.0%的聚乙二醇,余量为水。
2.根据权利要求1所述的废水处理剂,其特征是,所述的乳化剂为质量比为1:4.60的烷基酚聚氧乙烯醚或失水山梨糖醇脂肪酸酯。
3.根据权利要求1所述的废水处理剂,其特征是,所述的引发剂为质量比为1:1的无水亚硫酸钠和过硫酸铵。
4.根据权利要求1所述的废水处理吸附剂,其特征是,所述交联剂分为由0.16% N,N-亚甲基双丙烯酰胺和1.04%戊二醛组成。
5.根据权利要求1所述的废水处理剂,其特征是,所述的丙烯酰胺为木薯渣改性接枝单体。
6.权利要求1所述废水处理剂的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)称取预处理过后的木薯渣加入到pH=12的NaOH溶液中糊化,然后依次加入丙烯酰胺、聚乙二醇和N,N-亚甲基双丙烯酰胺,纳米级Fe2O3铁粉混匀后形成水相备用;将乳化剂置于烧瓶中,超声混匀后形成油相备用;
(2)将油相转入三口瓶中,5~10℃下加入水相低温持续搅拌直至混匀,然后加入引发剂加入其中反应10~20min,然后升温至60℃继续搅拌反应,洗涤过滤,得到初步样品;
(3)将初步样品与聚乙烯亚胺在水中机械搅拌3h直至混匀,加入戊二醛溶液,持续搅拌,过滤干燥即得。
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