CN111995028B - 一种印染废水复合处理药剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种印染废水复合处理药剂及其制备方法，所述的药剂由聚丙烯酰胺、聚合硫酸铁、丙烯酸、氢氧化钠、过硫酸钾、N，N´‑亚甲基双丙烯酰胺制备而成。本发明的印染废水处理药剂，将无机高分子聚合硫酸铁与有机高分子聚丙烯酰胺聚合形成复合絮凝物，利用无机有机复合絮凝剂的复配机理与其协同作用，使污水中的杂质被无机絮凝剂所吸附，将复合絮凝物与丙烯酸合成大孔径高分子凝胶，使其表面卸带更多的功能基团，进一步提高对重金属离子和印染物质的吸附能力，解决了无机高分子聚合硫酸铁处理废水存在的聚集体吸附架桥能力不强、水解不稳定、投药量较大、产生的污泥量较多问题，同时凝胶便于分离，有效解决了后期处理困难的问题。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，特别涉及一种印染废水复合处理药剂及其制备方法。
背景技术
染料广泛应用于医药、印染、橡胶、塑料和食品等行业。随着近年来纺织印染工业的快速发展，染料制造业已成为我国水资源的巨大消耗者和污染源。吸附法是处理废水技术中应用最为广泛的一种方法。不管对于重金属离子废水还是染料废水，其原理都是利用某些吸附材料所具有的高比表面积和高孔隙率的特性，利用其表面活性，将重金属离子或染料废水中的染料和助剂等富集至其表面，从而达到去除污染物的目的。吸附法具有成本低、操作简便、易回收、无二次污染等优点，但对于浓度较高的废水，其处理效果并不理想。
发明内容
针对现有吸附材料存在的对于浓度高的废水吸附效果不理想的缺陷，本发明提供一种印染废水复合处理药剂及其制备方法，通过高分子材料、聚合铝盐制备成凝胶型处理药剂，通过其表面大量的功能基团对重金属和染料进行吸附去除。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种印染废水复合处理药剂，由聚丙烯酰胺、聚合硫酸铁、丙烯酸、氢氧化钠、过硫酸钾、N，N´-亚甲基双丙烯酰胺制备而成。
所述的印染废水复合处理药剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）取聚丙烯酰胺制备成质量分数为1%的溶液，聚合硫酸铁制备成铁离子浓度为0.2mol/L的溶液，然后按照聚合硫酸铁溶液与聚丙烯酰胺溶液质量比为（3.5～4.5）:1，将聚合硫酸铁溶液缓慢加入到200r/min下搅拌的聚丙烯酰胺溶液中，常温下搅拌12h后，静置熟化10d，得到混合物A；
（2）将丙烯酸、氢氧化钠和混合物A按照质量比为1:（0.1～0.25）:（0.2～0.5）溶于蒸馏水中，得到混合液，然后在混合液中加入混合液质量0.2%～1%的过硫酸钾，在室温下搅拌10min，通入氮气排尽氧气，加入混合液质量0.5%～0.8%的N，N´-亚甲基双丙烯酰胺后密封，以50℃恒温水浴聚合反应8h，得到混合物B；
（3）将混合物B以蒸馏水洗涤、浸泡和过滤，重复3次以去除溶胶，然后以70℃恒温干燥至恒重，粉碎后即得到印染废水复合处理药剂。
本发明的印染废水复合处理药剂，首先将无机高分子聚合硫酸铁与有机高分子聚丙烯酰胺聚合形成复合絮凝物，利用无机有机复合絮凝剂的复配机理与其协同作用，使污水中的杂质被无机絮凝剂所吸附，发生电荷中和作用而凝聚，另一方面又通过有机高分子的架桥作用，吸附在有机高分子的活性基团上，从而网捕其他杂质颗粒一同下沉，解决了无机高分子聚合硫酸铁处理废水存在的聚集体吸附架桥能力不强、水解不稳定、投药量较大、产生的污泥量较多、后期处理困难的问题。再将复合絮凝物与丙烯酸合成大孔径高分子凝胶，使其表面卸带更多的功能基团，进一步提高对重金属离子和印染物质的吸附能力，同时凝胶便于分离，有效解决了后期处理困难的问题。
聚合硫酸铁与聚丙烯酰胺的投加量比为（3.5～4.5）:1时，对印染废水脱色率最高，因为絮凝活性染料时，需要一部分絮凝剂分子和染料分子相互作用生成不溶物，然后通过絮凝架桥作用使絮体沉降，当聚合硫酸铁量小时，絮体较大，沉降速度较快，但脱色率明显的降低；当聚合硫酸铁用量大时，生成的絮体较小，沉降速度很慢，部分絮体难以聚沉。这主要是因为聚合硫酸铁用量较小时，有机高分子絮凝剂的含量较高，复配絮凝剂中架桥、电荷中和以及卷扫等作用较强，染料分子与无机絮凝剂的电中和作用及有机部分的吸附作用还未达到平衡絮体就开始从水中分离，因此溶液中仍有相当多的染料分子未被絮凝，使得上层仍有颜色。
丙烯酸水凝胶是通过羧基官能团与吸附质之间的静电吸附达到对溶液中吸附质的去除，随着合成体系中丙烯酸含量的增大，凝胶对重金属离子和染料的吸附量也逐渐增大。同时，增大丙烯酸的浓度，可促进水凝胶支链上生成更多的Na+，增大水凝胶与吸附质溶液之间的渗透压，以促进吸附质进入凝胶的高分子网络，使凝胶的吸附性能有了显著的提高。但是丙烯酸用量过多会导致成本提高，本发明经过多重试验，经过综合考虑，丙烯酸与和混合物A质量比为1:（0.2～0.5），既能达到最佳吸附效果，又能使用最少的原料配比。
适当增加引发剂过硫酸钾用量，凝胶对重金属离子和染料的吸附量也相应增大；随着吸附量不断增大，当引发剂用量达到一定程度时凝胶对重金属离子和染料的吸附量不仅不会继续增大，反而下降。因为，当反应体系中过硫酸钾用量较少时，自由基链引发的速度较慢，反应单体转化不完全，生成的聚合物相对分子质量较小，且交联密度也较低，因而对重金属离子和染料不能表现出良好的吸附性能。适量的过硫酸钾可以有效提高聚合反应的反应速率，使单体上的活性自由基点位逐渐增多，有利于水凝胶网络的形成，为重金属离子和染料的扩散提供了良好的容纳空间。但当过硫酸钾的用量进一步增大时，反应体系中过量的引发剂使聚合反应易发生爆聚和自聚现象，生成的聚合物分子链较短，且相对分子质量较小，影响聚合物分子链的生成。同时，聚合速度过快的水凝胶，弹性较差，水凝胶的吸液能力也随之下降，阻碍了重金属离子和染料溶液向水凝胶内部的扩散，抑制了凝胶的吸附容量。本发明经过试验，最终确定过硫酸钾用量为凝胶混合体系质量的0.2%～1%最佳。
当反应体系中交联剂N，N´-亚甲基双丙烯酰胺含量较低时，合成的凝胶交联密度较低，机械性能过差，反应单体之间交联距离较大，生成的水凝胶以线性聚合物居多，对重金属离子和染料的吸附性能均较差。随着交联剂用量的增加，会形成相对紧密、整齐、疏松程度适中的网络结构，可加快重金属离子和染料与水凝胶的结合速度。同时，相对完整的网络结构上的有效基团可以更好与重金属离子和染料相结合，并达到将其去除的目的。但当聚合物的交联密度过大，合成的凝胶致密、无孔，承载重金属离子和染料的水溶液无法进入聚合物的网络，无法与有效官能团结合，吸附量随之降低。本发明经过试验，最终确定交联剂N，N´-亚甲基双丙烯酰胺用量为凝胶混合体系质量的0.5%～0.8%最佳。
本发明的有益效果：
1、本发明的印染废水复合处理药剂，将无机高分子聚合硫酸铁与有机高分子聚丙烯酰胺聚合形成复合絮凝物，利用无机有机复合絮凝剂的复配机理与其协同作用，使污水中的杂质被无机絮凝剂所吸附，发生电荷中和作用而凝聚，另一方面又通过有机高分子的架桥作用，吸附在有机高分子的活性基团上，从而网捕其他杂质颗粒一同下沉，解决了无机高分子聚合硫酸铁处理废水存在的聚集体吸附架桥能力不强、水解不稳定、投药量较大、产生的污泥量较多、后期处理困难的问题。
2、本发明将复合絮凝物与丙烯酸合成大孔径高分子凝胶，使其表面卸带更多的功能基团，进一步提高对重金属离子和印染物质的吸附能力，同时凝胶便于分离，有效解决了后期处理困难的问题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种印染废水复合处理药剂，由聚丙烯酰胺、聚合硫酸铁、丙烯酸、氢氧化钠、过硫酸钾、N，N´-亚甲基双丙烯酰胺制备而得。
所述的印染废水复合处理药剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）取聚丙烯酰胺制备成质量分数为1%的溶液，聚合硫酸铁制备成铁离子浓度为0.2mol/L的溶液，然后按照聚合硫酸铁溶液与聚丙烯酰胺溶液质量比为3.5:1，将聚合硫酸铁溶液缓慢加入到200r/min下搅拌的聚丙烯酰胺溶液中，常温下搅拌12h后，静置熟化10d，得到混合物A；
（2）将丙烯酸、氢氧化钠和混合物A按照质量比为1:0.1:0.2溶于蒸馏水中，得到混合液，然后在混合液中加入混合液质量0.2%的过硫酸钾，在室温下搅拌10min，通入氮气排尽氧气，加入混合液质量0.5%的N，N´-亚甲基双丙烯酰胺后密封，以50℃恒温水浴聚合反应8h，得到混合物B；
（3）将混合物B以蒸馏水洗涤、浸泡和过滤，重复3次以去除溶胶，然后以70℃恒温干燥至恒重，粉碎后即得到印染废水复合处理药剂。
实施例2
一种印染废水复合处理药剂，由聚丙烯酰胺、聚合硫酸铁、丙烯酸、氢氧化钠、过硫酸钾、N，N´-亚甲基双丙烯酰胺制备而得。
所述的印染废水复合处理药剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）取聚丙烯酰胺制备成质量分数为1%的溶液，聚合硫酸铁制备成铁离子浓度为0.2mol/L的溶液，然后按照聚合硫酸铁溶液与聚丙烯酰胺溶液质量比为4.5:1，将聚合硫酸铁溶液缓慢加入到200r/min下搅拌的聚丙烯酰胺溶液中，常温下搅拌12h后，静置熟化10d，得到混合物A；
（2）将丙烯酸、氢氧化钠和混合物A按照质量比为1:0.25:0.5溶于蒸馏水中，得到混合液，然后在混合液中加入混合液质量1%的过硫酸钾，在室温下搅拌10min，通入氮气排尽氧气，加入混合液质量0.8%的N，N´-亚甲基双丙烯酰胺后密封，以50℃恒温水浴聚合反应8h，得到混合物B；
（3）将混合物B以蒸馏水洗涤、浸泡和过滤，重复3次以去除溶胶，然后以70℃恒温干燥至恒重，粉碎后即得到印染废水复合处理药剂。
实施例3
一种印染废水复合处理药剂，由聚丙烯酰胺、聚合硫酸铁、丙烯酸、氢氧化钠、过硫酸钾、N，N´-亚甲基双丙烯酰胺制备而得。
所述的印染废水复合处理药剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）取聚丙烯酰胺制备成质量分数为1%的溶液，聚合硫酸铁制备成铁离子浓度为0.2mol/L的溶液，然后按照聚合硫酸铁溶液与聚丙烯酰胺溶液质量比为4:1，将聚合硫酸铁溶液缓慢加入到200r/min下搅拌的聚丙烯酰胺溶液中，常温下搅拌12h后，静置熟化10d，得到混合物A；
（2）将丙烯酸、氢氧化钠和混合物A按照质量比为1:0.2:0.3溶于蒸馏水中，得到混合液，然后在混合液中加入混合液质量0.5%的过硫酸钾，在室温下搅拌10min，通入氮气排尽氧气，加入混合液质量0.7%的N，N´-亚甲基双丙烯酰胺后密封，以50℃恒温水浴聚合反应8h，得到混合物B；
（3）将混合物B以蒸馏水洗涤、浸泡和过滤，重复3次以去除溶胶，然后以70℃恒温干燥至恒重，粉碎后即得到印染废水复合处理药剂。
应用例
取某染织厂的印染废水，其pH为3.5，COD为378mg/L，最大吸收波长处的吸光度为1.200。在3个100mL的烧瓶中分别加入染料废水，在机械搅拌下分别加入实施例1～3制备的印染废水复合处理药剂，先250r/min快速搅拌3min，然后60r/min低速搅拌12min，然后倒入100mL烧杯中，静置40min，取上层清液，测定其COD和在废水最大吸收波长处的吸光度，结果见表1。
表1
由表1数据可以，本发明实施例制备的印染废水复合处理药剂对印染废水具有很好的脱色效果。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种印染废水复合处理药剂，其特征在于，由以下组分物质组成：聚丙烯酰胺、聚合硫酸铁、丙烯酸、氢氧化钠、过硫酸钾、N，N´-亚甲基双丙烯酰胺；
所述的印染废水复合处理药剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）取聚丙烯酰胺制备成质量分数为1%的溶液，聚合硫酸铁制备成铁离子浓度为0.2mol/L的溶液，然后按照聚合硫酸铁溶液与聚丙烯酰胺溶液质量比为（3.5～4.5）:1，将聚合硫酸铁溶液缓慢加入到200r/min下搅拌的聚丙烯酰胺溶液中，常温下搅拌12h后，静置熟化10d，得到混合物A；
（2）将丙烯酸、氢氧化钠和混合物A按照质量比为1:（0.1～0.25）:（0.2～0.5）溶于蒸馏水中，得到混合液，然后在混合液中加入混合液质量0.2%～1%的过硫酸钾，在室温下搅拌10min，通入氮气排尽氧气，加入混合液质量0.5%～0.8%的N，N´-亚甲基双丙烯酰胺后密封，以50℃恒温水浴聚合反应8h，得到混合物B；
（3）将混合物B以蒸馏水洗涤、浸泡和过滤，重复3次以去除溶胶，然后以70℃恒温干燥至恒重，粉碎后即得到印染废水复合处理药剂。
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