CN112250398A - 一种重金属污泥固化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污泥处理的技术领域，尤其涉及一种重金属污泥固化剂，其特征在于，包括如下重量份数的各组分：水泥35‑55份、石灰20‑25份、粉煤灰15‑20份、氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2‑氨基苯甲基)三苯基溴化磷5‑10份、瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇5‑10份。本发明还提供高一种重金属污泥固化剂的制备方法。本发明公开的一种重金属污泥固化剂，具有抗菌、高脱水性、吸附重金属和重金属难以溶出的显著技术效果。

Description

一种重金属污泥固化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于污泥处理的技术领域，尤其涉及一种重金属污泥固化剂及其制备方法。
背景技术
随着人口的增长、工业的发展，需要处理的生活污水和工业废水在不断增加，经过处理而产生的污泥量也大大的增加。据有关部门的统计，目前我国每年产生的干污泥量约为500万吨，这些数量巨大的污泥如果没有得到妥善的科学处理处置，不仅会占用大面积的土地才能堆放，而且其中的有害成分重金属、病原物和有机污染物等，还会在环境中迁移或扩散，危及人类和其它生物的安全。
根据我国污泥处理处置的现状，同时借鉴国外发达国家的经验，从经济可行性的角度出发，通过向污泥中添加固化剂，使其变为相对稳定的不可流动的状态或者固体，将污泥作为填埋处置的预处理手段或转化为可再生利用的岩土工程材料、肥料、吸附剂、陶粒等，是符合我国目前污泥处置现状的有效途径之一。
我国污泥的来源及成分较为复杂，可分为河湖污泥、市政污泥和工业污泥，市政污泥是指来自于自来水厂或生活污水处理过程中产生的污泥，其产量是三类污泥中最大的，该污泥的pH大多在6.5-7.0，含水率一般在95-99%，经过底泥脱水机处理后的含水率也有60%-80%，不能直接作为填埋处理或者转化为可再生利用的材料，且污泥中的水一般为结晶水，通过晾晒难以脱除。
即使通过固化剂处理的污泥依然有40-50%的含水率，特别适合细菌的生长繁殖，不管是作为填埋处置的预处理手段或转化为可再生利用的岩土工程材料、肥料、吸附剂、陶粒等材料，均会在环境中迁移或扩散，危及人类和其它生物的安全。
此外，污泥中还存在大量的重金属，主要以化合物形式存在，但也有以自由离子存在，不同形态的重金属离子对环境构成的威胁不同，可溶性的重金属活动性强，对环境造成的威胁更大，会通过动、植物和地下水进入食物链，从而进入人体，危及人类的健康。需要将污泥中的重金属离子反应生成能溶于水的重金属盐或者络合物，从而将重金属吸附、包裹和沉淀起来，避免危及人类的健康。
但是由于现有的水泥、石灰等固化剂固化污泥时一般得到的产物疏松多孔，无法构建坚硬的网络骨架，使得污泥的强度低，无法对重金属的进行封存，使得污泥中不同的重金属元素经过固化后出现溶出。
基于以上情况，开发一种同时具有抗菌、高脱水性、吸附重金属和重金属难以溶出的污泥固化剂显得尤为重要。
发明内容
为了解决现有污泥中含水率高不能直接作为填埋处理或者转化为可再生利用的材料，且污泥中的水一般为结晶水，通过晾晒难以脱除；且含有大量的重金属，危及人类的健康；现有的固化剂固化强度低，使得污泥中的重金属元素经过固化后出现溶出，且没有抗菌性的技术问题，本发明提供一种同时具有抗菌、高脱水性、吸附重金属和重金属难以溶出的污泥固化剂。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种重金属污泥固化剂的制备方法，其特征在于，包括如下重量份数的各组分：水泥35-55份、石灰20-25份、粉煤灰15-20份、氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷5-10份、瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇5-10份。
更进一步的，所述氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷的制备方法包括如下步骤：
步骤 I，氧化魔芋葡甘聚糖的制备：将魔芋葡甘聚糖加入异丙醇中，搅拌5-10 min，加入氢氧化钠溶液，并调节pH至7.5-9.5，缓慢加入过氧化氢，在40-60 ℃条件下，反应4-6 h，加入亚硫酸钠，过滤，得到氧化魔芋葡甘聚糖；
步骤II，氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯的制备：将经所述步骤I得到的氧化魔芋葡甘聚糖加入无水乙醇中，溶胀24-36 h，再缓慢加入氨基乙酰氯，在70-80℃条件下，反应20-28h，抽滤，依次使用无水乙醇、乙醚洗涤沉淀，并收集沉淀，再使用无水乙醇索氏提取10-14h，浓缩，得到氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯；
步骤III，氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷的制备：将(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷加入吡啶中，再分2-3批加入经所述步骤II中得到的氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯，回流反应1-3 h，倒入冰水中，并使用质量分数为5%的碳酸氢钠溶液调节pH至中性，过滤，干燥，得到氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷。
更进一步的，所述步骤I中魔芋葡甘聚糖是从魔芋粉中提取所得，魔芋葡甘聚糖和过氧化氢的质量比为100∶(2.5-3)。
更进一步的，所述步骤II中氧化魔芋葡甘聚糖和氨基乙酰氯的质量比(6-10)∶1。
更进一步的，所述步骤III中(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷和氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯的质量比为1∶(5-9)。
更进一步的，所述瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇的制备方法包括如下步骤：
步骤I，瓜尔胶/香草酸的制备：将硅酸钠和醋酸加入去离子水中，边搅拌边缓慢加入瓜尔胶，混合均匀，再加入香草酸，在120-160 ℃条件下，反应3-5 h，冷却至室温，加入质量分数为10%的氢氧化钠溶液，并调节pH至6.5-7.5，过滤，并使用质量分数为80-95%的乙醇溶液洗涤沉淀，得到瓜尔胶/香草酸；
步骤II，瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇的制备：将聚乙烯醇加入去离子水中，在70-90 ℃条件下，搅拌2-4 h，冷却至室温，边搅拌边缓慢加入经所述步骤I得到的瓜尔胶/香草酸，加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠，在50-70 ℃条件下，反应1-2 h，冷却至常温，得到瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇。
更进一步的，所述步骤I中瓜尔胶、香草酸、硅酸钠和醋酸的质量比为(5-7)∶1∶(0.2-0.4)∶(0.04-0.08)。
更进一步的，所述步骤II中瓜尔胶/香草酸、聚乙烯醇、硫酸铵和亚硫酸氢钠的质量比为(4-6)∶1∶(0.06-0.08)∶(0.02-0.04)。
更进一步的，所述重金属污泥固化剂的制备方法，包括以下步骤：按照重量份数配比称取水泥、石灰、粉煤灰、氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷和瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇，碾磨成粉并混合均匀，得到所述的一种重金属污泥固化剂。
本发明的有益效果体现在以下几个方面：
1.水泥、石灰和粉煤灰能与污泥中的活性离子发生水化反应，反应的同时能消耗一部分水，降低污泥的含水率；且生成硅酸钙、氢氧化钙等具有胶凝性质的材料，可团粒化污泥中的泥土颗粒，增强污泥的强度；同时还能够对污泥中的重金属离子起到一定的包裹作用，使其重金属离子不易溶出。
2.魔芋葡甘聚糖是由葡萄糖和甘露糖通过糖苷键聚合而成的天然多糖，其上含有大量的羟基和乙酰基，本发明专利首先将魔芋葡甘聚糖上的羟基和乙酰基通过双氧水氧化为醛基或羧基，得到氧化魔芋葡甘聚糖，其上的醛基和氨基乙酰氯上的氨基发生醛胺缩合反应，得到带有酰氯基团的氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯，再和(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷发生酰胺化反应，得到氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷；氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷具有大量的羟基、羧基和酰胺键，可与水分子形成缔合氢键，使水分子和氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷结合，降低污泥的含水率；且其上的羟基和羧基能与重金属离子形成配位化合物，达到去除污泥中重金属的目的。
3.本发明将(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷接枝到氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯上，得到的氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷带有含磷阳离子，正电荷密度高，细菌表面带有负电荷，可与吸附带负电荷的细菌的细胞膜，经过细胞壁扩散进入，与细胞膜相互作用从而破坏细胞膜，释放出细胞内物质，从而造成细胞死亡。
4.本发明先将瓜尔胶上的羟基和香草酸上羧基发生酯化反应，再将聚乙烯醇聚合到瓜尔胶/香草酸上，得到瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇，聚乙烯醇和瓜尔胶上羟基含量的减少增加了聚乙烯醇和瓜尔胶的胶粘性能，可以起到增大污泥粘度、吸附架桥的效果，有利于固化剂和污泥的结合，提高污泥的强度，使得污泥中的重金属不易溶出；同时瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇上的羟基可与水分子形成缔合氢键，降低污泥的含水率。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明下述实施例中所使用的原料均为商业购买。
实施例1
一种重金属污泥固化剂的制备方法，其特征在于，包括如下重量份数的各组分：水泥35份、石灰25份、粉煤灰20份、氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷10份、瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇10份。
更进一步的，所述氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷的制备方法包括如下步骤：
步骤I，氧化魔芋葡甘聚糖的制备：将魔芋葡甘聚糖加入异丙醇中，搅拌5 min，加入氢氧化钠溶液，并调节pH至7.5，缓慢加入过氧化氢，在40 ℃条件下，反应4 h，加入亚硫酸钠，过滤，得到氧化魔芋葡甘聚糖；
步骤II，氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯的制备：将经所述步骤I得到的氧化魔芋葡甘聚糖加入无水乙醇中，溶胀24 h，再缓慢加入氨基乙酰氯，在70 ℃条件下，反应20 h，抽滤，依次使用无水乙醇、乙醚洗涤沉淀，并收集沉淀，再使用无水乙醇索氏提取10 h，浓缩，得到氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯；
步骤III，氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷的制备：将(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷加入吡啶中，再分2批加入经所述步骤II中得到的氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯，回流反应1 h，倒入冰水中，并使用质量分数为5%的碳酸氢钠溶液调节pH至中性，过滤，干燥，得到氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷。
更进一步的，所述步骤I中魔芋葡甘聚糖是从魔芋粉中提取所得，魔芋葡甘聚糖和过氧化氢的质量比为100∶2.5。
更进一步的，所述步骤II中氧化魔芋葡甘聚糖和氨基乙酰氯的质量比6∶1。
更进一步的，所述步骤III中(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷和氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯的质量比为1∶5。
更进一步的，所述瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇的制备方法包括如下步骤：
步骤I，瓜尔胶/香草酸的制备：将硅酸钠和醋酸加入去离子水中，边搅拌边缓慢加入瓜尔胶，混合均匀，再加入香草酸，在120 ℃的条件下，反应3 h，冷却至室温，加入质量分数为10%的氢氧化钠溶液，并调节pH至6.5，过滤，并使用质量分数为80%的乙醇溶液洗涤沉淀，得到瓜尔胶/香草酸；
步骤II，瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇的制备：将聚乙烯醇加入去离子水中，在70 ℃条件下，搅拌2 h，冷却至室温，边搅拌边缓慢加入经所述步骤I得到的瓜尔胶/香草酸，加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠，在50 ℃条件下，反应1 h，冷却至常温，得到瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇。
更进一步的，所述步骤I中瓜尔胶、香草酸、硅酸钠和醋酸的质量比为5∶1∶0.2∶0.04。
更进一步的，所述步骤II中瓜尔胶/香草酸、聚乙烯醇、硫酸铵和亚硫酸氢钠的质量比为4∶1∶0.06∶0.02。
更进一步的，所述重金属污泥固化剂的制备方法，包括以下步骤：按照重量份数配比称取水泥、石灰、粉煤灰、氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷和瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇，碾磨成粉并混合均匀，得到所述的一种重金属污泥固化剂。
实施例2
一种重金属污泥固化剂的制备方法，其特征在于，包括如下重量份数的各组分：水泥39份、石灰24份、粉煤灰19份、氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷9份、瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇9份。
更进一步的，所述氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷的制备方法包括如下步骤：
步骤I，氧化魔芋葡甘聚糖的制备：将魔芋葡甘聚糖加入异丙醇中，搅拌6 min，加入氢氧化钠溶液，并调节pH至8，缓慢加入过氧化氢，在45 ℃条件下，反应4.5 h，加入亚硫酸钠，过滤，得到氧化魔芋葡甘聚糖；
步骤II，氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯的制备：将经所述步骤I得到的氧化魔芋葡甘聚糖加入无水乙醇中，溶胀27 h，再缓慢加入氨基乙酰氯，在72 ℃条件下，反应22 h，抽滤，依次使用无水乙醇、乙醚洗涤沉淀，并收集沉淀，再使用无水乙醇索氏提取11 h，浓缩，得到氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯；
步骤III，氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷的制备：将(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷加入吡啶中，再分2批加入经所述步骤II中得到的氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯，回流反应1.5 h，倒入冰水中，并使用质量分数为5%的碳酸氢钠溶液调节pH至中性，过滤，干燥，得到氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷。
更进一步的，所述步骤I中魔芋葡甘聚糖是从魔芋粉中提取所得，魔芋葡甘聚糖和过氧化氢的质量比为100∶2.6。
更进一步的，所述步骤II中氧化魔芋葡甘聚糖和氨基乙酰氯的质量比7∶1。
更进一步的，所述步骤III中(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷和氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯的质量比为1∶6。
更进一步的，所述瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇的制备方法包括如下步骤：
步骤I，瓜尔胶/香草酸的制备：将硅酸钠和醋酸加入去离子水中，边搅拌边缓慢加入瓜尔胶，混合均匀，再加入香草酸，在130 ℃条件下，反应3.5 h，冷却至室温，加入质量分数为10%的氢氧化钠溶液，并调节pH至6.8，过滤，并使用质量分数为85%的乙醇溶液洗涤沉淀，得到瓜尔胶/香草酸；
步骤II，瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇的制备：将聚乙烯醇加入去离子水中，在75 ℃条件下，搅拌2.5 h，冷却至室温，边搅拌边缓慢加入经所述步骤I得到的瓜尔胶/香草酸，加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠，在55 ℃条件下，反应1.2 h，冷却至常温，得到瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇。
更进一步的，所述步骤I中瓜尔胶、香草酸、硅酸钠和醋酸的质量比为5.5∶1∶0.25：0.05。
更进一步的，所述步骤II中瓜尔胶/香草酸、聚乙烯醇、硫酸铵和亚硫酸氢钠的质量比为4.5∶1∶0.065∶0.025。
更进一步的，所述重金属污泥固化剂的制备方法，包括以下步骤：按照重量份数配比称取水泥、石灰、粉煤灰、氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷和瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇，碾磨成粉并混合均匀，得到所述的一种重金属污泥固化剂。
实施例3
一种重金属污泥固化剂的制备方法，其特征在于，包括如下重量份数的各组分：水泥45份、石灰23份、粉煤灰18份、氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷7份、瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇7份。
更进一步的，所述氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷的制备方法包括如下步骤：
步骤I，氧化魔芋葡甘聚糖的制备：将魔芋葡甘聚糖加入异丙醇中，搅拌8 min，加入氢氧化钠溶液，并调节pH至8.5，缓慢加入过氧化氢，在50 ℃条件下，反应5 h，加入亚硫酸钠，过滤，得到氧化魔芋葡甘聚糖；
步骤II，氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯的制备：将经所述步骤I得到的氧化魔芋葡甘聚糖加入无水乙醇中，溶胀30 h，再缓慢加入氨基乙酰氯，在75 ℃条件下，反应24 h，抽滤，依次使用无水乙醇、乙醚洗涤沉淀，并收集沉淀，再使用无水乙醇索氏提取12 h，浓缩，得到氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯；
步骤III，氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷的制备：将(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷加入吡啶中，再分2批加入经所述步骤II中得到的氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯，回流反应2 h，倒入冰水中，并使用质量分数为5%的碳酸氢钠溶液调节pH至中性，过滤，干燥，得到氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷。
更进一步的，所述步骤I中魔芋葡甘聚糖是从魔芋粉中提取所得，魔芋葡甘聚糖和过氧化氢的质量比为100∶2.8。
更进一步的，所述步骤II中氧化魔芋葡甘聚糖和氨基乙酰氯的质量比8∶1。
更进一步的，所述步骤III中(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷和氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯的质量比为1∶7。
更进一步的，所述瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇的制备方法包括如下步骤：
步骤I，瓜尔胶/香草酸的制备：将硅酸钠和醋酸加入去离子水中，边搅拌边缓慢加入瓜尔胶，混合均匀，再加入香草酸，在140 ℃条件下，反应4 h，冷却至室温，加入质量分数为10%的氢氧化钠溶液，并调节pH至7，过滤，并使用质量分数为88%的乙醇溶液洗涤沉淀，得到瓜尔胶/香草酸；
步骤II，瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇的制备：将聚乙烯醇加入去离子水中，在80 ℃条件下，搅拌3 h，冷却至室温，边搅拌边缓慢加入经所述步骤I得到的瓜尔胶/香草酸，加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠，在60 ℃条件下，反应1.5 h，冷却至常温，得到瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇。
更进一步的，所述步骤I中瓜尔胶、香草酸、硅酸钠和醋酸的质量比为6∶1∶0.3∶0.06。
更进一步的，所述步骤II中瓜尔胶/香草酸、聚乙烯醇、硫酸铵和亚硫酸氢钠的质量比为5∶1∶0.07∶0.03。
更进一步的，所述重金属污泥固化剂的制备方法，包括以下步骤：按照重量份数配比称取水泥、石灰、粉煤灰、氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷和瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇，碾磨成粉并混合均匀，得到所述的一种重金属污泥固化剂。
实施例4
一种重金属污泥固化剂的制备方法，其特征在于，包括如下重量份数的各组分：水泥50份、石灰22份、粉煤灰16份、氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷6份、瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇6份。
更进一步的，所述氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷的制备方法包括如下步骤：
步骤I，氧化魔芋葡甘聚糖的制备：将魔芋葡甘聚糖加入异丙醇中，搅拌9 min，加入氢氧化钠溶液，并调节pH至9，缓慢加入过氧化氢，在55 ℃条件下，反应5.5 h，加入亚硫酸钠，过滤，得到氧化魔芋葡甘聚糖；
步骤II，氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯的制备：将经所述步骤
Figure 891329DEST_PATH_IMAGE001
得到的氧化魔芋葡甘 聚糖加入无水乙醇中，溶胀33 h，再缓慢加入氨基乙酰氯，在78 ℃条件下，反应26 h，抽滤， 依次使用无水乙醇、乙醚洗涤沉淀，并收集沉淀，再使用无水乙醇索氏提取13 h，浓缩，得到 氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯；
步骤III，氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷的制备：将(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷加入吡啶中，再分3批加入经所述步骤II中得到的氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯，回流反应2.5 h，倒入冰水中，并使用质量分数为5%的碳酸氢钠溶液调节pH至中性，过滤，干燥，得到氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷。
更进一步的，所述步骤I中魔芋葡甘聚糖是从魔芋粉中提取所得，魔芋葡甘聚糖和过氧化氢的质量比为100∶2.9。
更进一步的，所述步骤II中氧化魔芋葡甘聚糖和氨基乙酰氯的质量比9∶1。
更进一步的，所述步骤III中(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷和氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯的质量比为1∶8。
更进一步的，所述瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇的制备方法包括如下步骤：
步骤I，瓜尔胶/香草酸的制备：将硅酸钠和醋酸加入去离子水中，边搅拌边缓慢加入瓜尔胶，混合均匀，再加入香草酸，在150 ℃条件下，反应4.5 h，冷却至室温，加入质量分数为10%的氢氧化钠溶液，并调节pH至7.2，过滤，并使用质量分数为90%的乙醇溶液洗涤沉淀，得到瓜尔胶/香草酸；
步骤II，瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇的制备：将聚乙烯醇加入去离子水中，在85 ℃条件下，搅拌3.5 h，冷却至室温，边搅拌边缓慢加入经所述步骤I得到的瓜尔胶/香草酸，加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠，在65 ℃条件下，反应1.8 h，冷却至常温，得到瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇。
更进一步的，所述步骤
Figure 67358DEST_PATH_IMAGE001
中瓜尔胶、香草酸、硅酸钠和醋酸的质量比为6.5∶1∶0.35∶ 0.07。
更进一步的，所述步骤
Figure 11043DEST_PATH_IMAGE002
中瓜尔胶/香草酸、聚乙烯醇、硫酸铵和亚硫酸氢钠的质 量比为5.5∶1∶0.075∶0.035。
更进一步的，所述重金属污泥固化剂的制备方法，包括以下步骤：按照重量份数配比称取水泥、石灰、粉煤灰、氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷和瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇，碾磨成粉并混合均匀，得到所述的一种重金属污泥固化剂。
实施例5
一种重金属污泥固化剂的制备方法，其特征在于，包括如下重量份数的各组分：水泥55份、石灰20份、粉煤灰15份、氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷5份、瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇5份。
更进一步的，所述氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷的制备方法包括如下步骤：
步骤I，氧化魔芋葡甘聚糖的制备：将魔芋葡甘聚糖加入异丙醇中，搅拌10 min，加入氢氧化钠溶液，并调节pH至9.5，缓慢加入过氧化氢，在60 ℃条件下，反应6 h，加入亚硫酸钠，过滤，得到氧化魔芋葡甘聚糖；
步骤II，氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯的制备：将经所述步骤I得到的氧化魔芋葡甘聚糖加入无水乙醇中，溶胀36 h，再缓慢加入氨基乙酰氯，在80 ℃条件下，反应28 h，抽滤，依次使用无水乙醇、乙醚洗涤沉淀，并收集沉淀，再使用无水乙醇索氏提取14 h，浓缩，得到氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯；
步骤III，氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷的制备：将(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷加入吡啶中，再分3批加入经所述步骤II中得到的氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯，回流反应3 h，倒入冰水中，并使用质量分数为5%的碳酸氢钠溶液调节pH至中性，过滤，干燥，得到氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷。
更进一步的，所述步骤I中魔芋葡甘聚糖是从魔芋粉中提取所得，魔芋葡甘聚糖和过氧化氢的质量比为100∶3。
更进一步的，所述步骤II中氧化魔芋葡甘聚糖和氨基乙酰氯的质量比10∶1。
更进一步的，所述步骤III中(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷和氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯的质量比为1∶9。
更进一步的，所述瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇的制备方法包括如下步骤：
步骤I，瓜尔胶/香草酸的制备：将硅酸钠和醋酸加入去离子水中，边搅拌边缓慢加入瓜尔胶，混合均匀，再加入香草酸，在160 ℃条件下，反应5 h，冷却至室温，加入质量分数为10%的氢氧化钠溶液，并调节pH至7.5，过滤，并使用质量分数为95%的乙醇溶液洗涤沉淀，得到瓜尔胶/香草酸；
步骤II，瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇的制备：将聚乙烯醇加入去离子水中，在90 ℃条件下，搅拌4 h，冷却至室温，边搅拌边缓慢加入经所述步骤I得到的瓜尔胶/香草酸，加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠，在70 ℃条件下，反应2 h，冷却至常温，得到瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇。
更进一步的，所述步骤I中瓜尔胶、香草酸、硅酸钠和醋酸的质量比为7∶1∶0.4∶0.08。
更进一步的，所述步骤II中瓜尔胶/香草酸、聚乙烯醇、硫酸铵和亚硫酸氢钠的质量比为6∶1∶0.08∶0.04。
更进一步的，所述重金属污泥固化剂的制备方法，包括以下步骤：按照重量份数配比称取水泥、石灰、粉煤灰、氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷和瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇，碾磨成粉并混合均匀，得到所述的一种重金属污泥固化剂。
对比例1
一种重金属污泥固化剂，其制备方法和配方与实施例1基本相同，不同的仅有：没有添加水泥。
对比例2
一种重金属污泥固化剂，其制备方法和配方与实施例1基本相同，不同的仅有：没有添加石灰。
对比例3
一种重金属污泥固化剂，其制备方法和配方与实施例1基本相同，不同的仅有：没有添加粉煤灰。
对比例4
一种重金属污泥固化剂，其制备方法和配方与实施例1基本相同，不同的仅有：没有添加氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷。
对比例5
一种重金属污泥固化剂，其制备方法和配方与实施例1基本相同，不同的仅有：没有添加瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇。
对比例6
市售普通污泥固化剂。
实验结果：
将实施例1-5以及对比例1-6的污泥固化剂按照污泥：固化剂=10∶1的比例加入污泥中搅拌均匀，再进行稳定化、无害化处理10天得到干污泥，并测试干污泥的含水率、细菌总数、粪大肠菌值和重金属含量的测试均依据CJ/T221-2005测试标准执行，干污泥的含水率、细菌总数和粪大肠菌值的测试结果见表1，干污泥重金属含量的测试结果见表2。
表1 不同实施例下的干污泥的含水率、细菌总数和粪大肠菌值
Figure 445566DEST_PATH_IMAGE003
由表1和表2可看出，本发明采用的一种重金属污泥固化剂及其制备方法制备的污泥固化剂固化的干污泥，含水率≤25%，具有高脱水性；根据表2的数据计算固化剂对重金属的去除率均≥80%，具有良好的吸附重金属和使重金属难以溶出的效果；干污泥和样本污泥的粪大肠菌值和细菌总数相比显著减少，具有良好的灭菌效果。本发明采用的一种重金属污泥固化剂与水发生化学反应，脱水率跟固化剂的添加量相关，当添加量增加，含水率甚至可降至15%以下。
表2 不同实施例下的干污泥的重金属含量
Figure 892728DEST_PATH_IMAGE004
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种重金属污泥固化剂的制备方法，其特征在于，包括如下重量份数的各组分：水泥35-55份、石灰20-25份、粉煤灰15-20份、氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷5-10份、瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇5-10份。
2.根据权利要求1所述的一种重金属污泥固化剂，其特征在于，所述氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷的制备方法包括如下步骤：
步骤I，氧化魔芋葡甘聚糖的制备：将魔芋葡甘聚糖加入异丙醇中，搅拌5-10 min，加入氢氧化钠溶液，并调节pH至7.5-9.5，缓慢加入过氧化氢，在40-60 ℃条件下，反应4-6 h，加入亚硫酸钠，过滤，得到氧化魔芋葡甘聚糖；
步骤II，氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯的制备：将经所述步骤
Figure 296057DEST_PATH_IMAGE001
得到的氧化魔芋葡甘聚 糖加入无水乙醇中，溶胀24-36 h，再缓慢加入氨基乙酰氯，在70-80 ℃条件下，反应20-28 h，抽滤，依次使用无水乙醇、乙醚洗涤沉淀，并收集沉淀，再使用无水乙醇索氏提取10-14 h，浓缩，得到氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯；
步骤III，氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷的制备：将 (2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷加入吡啶中，再分2-3批加入经所述步骤
Figure 861031DEST_PATH_IMAGE002
中得到的氧化魔芋 葡甘聚糖/氨基乙酰氯，回流反应1-3 h，倒入冰水中，并使用质量分数为5%的碳酸氢钠溶液 调节pH至中性，过滤，干燥，得到氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴 化磷。
3.根据权利要求2所述的一种重金属污泥固化剂，其特征在于，所述步骤
Figure 775897DEST_PATH_IMAGE001
中魔芋葡甘聚 糖是从魔芋粉中提取所得，魔芋葡甘聚糖和过氧化氢的质量比为100∶(2.5-3)。
4.根据权利要求2所述的一种重金属污泥固化剂，其特征在于，所述步骤
Figure 359194DEST_PATH_IMAGE002
中氧化魔芋 葡甘聚糖和氨基乙酰氯的质量比(6-10) ∶1。
5.根据权利要求2所述的一种重金属污泥固化剂，其特征在于，所述步骤
Figure 966893DEST_PATH_IMAGE003
中(2-氨基苯 甲基)三苯基溴化磷和氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯的质量比为1∶(5-9)。
6.根据权利要求1所述的一种重金属污泥固化剂，其特征在于，所述瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇的制备方法包括如下步骤：
步骤I，瓜尔胶/香草酸的制备：将硅酸钠和醋酸加入去离子水中，边搅拌边缓慢加入瓜尔胶，混合均匀，再加入香草酸，在120-160 ℃条件下，反应3-5 h，冷却至室温，加入质量分数为10%的氢氧化钠溶液，并调节pH至6.5-7.5，过滤，并使用质量分数为80-95%的乙醇溶液洗涤沉淀，得到瓜尔胶/香草酸；
步骤II，瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇的制备：将聚乙烯醇加入去离子水中，在70-90 ℃条 件下，搅拌2-4 h，冷却至室温，边搅拌边缓慢加入经所述步骤
Figure 19163DEST_PATH_IMAGE001
得到的瓜尔胶/香草酸，加入 过硫酸铵和亚硫酸氢钠，在50-70 ℃条件下，反应1-2 h，冷却至常温，得到瓜尔胶/香草酸/ 聚乙烯醇。
7.根据权利要求6所述的一种重金属污泥固化剂，其特征在于，所述步骤
Figure 3299DEST_PATH_IMAGE001
中瓜尔胶、香 草酸、硅酸钠和醋酸的质量比为(5-7) ∶1∶(0.2-0.4) ∶(0.04-0.08)。
8.根据权利要求6所述的一种重金属污泥固化剂，其特征在于，所述步骤
Figure 942568DEST_PATH_IMAGE002
中瓜尔胶/香 草酸、聚乙烯醇、硫酸铵和亚硫酸氢钠的质量比为(4-6) ∶1∶(0.06-0.08) ∶(0.02-0.04)。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种重金属污泥固化剂，其特征在于，所述重金属污泥固化剂的制备方法，包括以下步骤：按照重量份数配比称取水泥、石灰、粉煤灰、氧化魔芋葡甘聚糖/氨基乙酰氯/(2-氨基苯甲基)三苯基溴化磷和瓜尔胶/香草酸/聚乙烯醇，碾磨成粉并混合均匀，得到所述的一种重金属污泥固化剂。
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