CN112456625A - 一种工业废水处理剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本案涉及一种工业废水处理剂及其制备方法，按重量份比包括以下组分：8‑15份无机填料、5‑10份无机絮凝剂、10‑15份改性石墨烯、20‑30份改性天然高分子材料和30‑40份水。本发明中，在淀粉表面形成两亲性无规共聚物链，与水中微粒形成架桥效应，增强絮凝能力；该共聚物结构中还存在酰胺键、磺酸基等功能性基团能够在很大范围内有效的控制无机物结垢，与本发明中的其它组分复配使用时，能产生良好的阻垢性能。聚丙烯酰胺/氧化石墨烯水凝胶，具有吸附和絮凝能力，同时可作为一种载体稳定剂，用于负载无机填料和无机絮凝剂，最大限度发挥填料和絮凝剂在水体中的吸附、混凝/絮凝作用，增强与水体中金属离子的附着力。

Description

一种工业废水处理剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及工业废水处理领域，具体为一种工业废水处理剂及其制备方法。

背景技术

物理法、化学法、物理化学法以及生物法是目前水处理技术中常见的工艺。其中，物理化学法是一种综合物理法和化学法进行水处理的方式，取长补短，既有物理吸附沉淀，又有化学氧化还原，综合了两相优势。水处理剂是一类重要的精细化工产品，在工业污水及生活废水的净化处理中具有重要作用。水处理剂根据功能划分为混凝/絮凝剂、吸附剂、杀菌剂、阻垢剂、缓蚀剂等，单一成分的水处理剂往往处理效果也较为单一，因此目前应用到的水处理剂通常成分较多，同时也实现了物理吸附和化学沉降，处理后的水质残留物质少，水质优。

然而，不同成分的水处理剂配合使用时，可能存在差异性，有时还会干扰其他处理剂的作用，从而影响最终水处理的效果。并且，随着绿色发展理念的提出，无毒无害且经济实用的绿色水处理剂将成为未来研发的趋势。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明以天然高分子玉米淀粉以及新材料石墨烯作为基体，制得的水处理具备一定的吸附和絮凝能力，同时也具有缓蚀阻垢性能，与其它添加剂复配时相容性好，制成的水处理剂绿色环保无污染。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种工业废水处理剂，按重量份比包括以下组分：8-15份无机填料、5-10份无机絮凝剂、10-15份改性石墨烯、20-30份改性天然高分子材料和30-40份水。

进一步地，所述无机填料选自沸石粉、活性炭、蛭石、凹凸棒土中的一种或几种。

进一步地，所述无机絮凝剂为聚硅酸盐。

进一步地，所述改性石墨烯为聚丙酰胺/氧化石墨烯水凝胶。

进一步地，所述改性天然高分子材料选自改性纤维素、改性玉米淀粉、改性木质素或改性壳聚糖。

进一步地，所述改性天然高分子材料为改性玉米淀粉，其制备过程如下：

S1：淀粉加水，搅拌升温后得到糊化淀粉液；

S2：向所述糊化淀粉液中加入引发剂过硫酸铵和硝酸铈铵，充分搅拌后以连续加料方式，加入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和N-苯基马来酰亚胺搅拌反应；

S3：反应完成后，以丙酮为提取物，在索氏提取器中提取24h，随后干燥得到改性玉米淀粉。

进一步地，所述S1的糊化条件为50-55℃，搅拌50min。

进一步地，所述S2的反应条件为70-80℃下反应1-2h。

进一步地，所述淀粉、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-苯基马来酰亚胺、过硫酸胺和硝酸铈铵的质量比为1:1:1:0.015:0.1。

本发明进一步提供一种如上所述的工业废水处理剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：在搅拌器中加入三分之一的水，设置温度35℃，调节转速为80-100r/min，按照所述质量比加入无机填料和无机絮凝剂，混合搅拌10min；

步骤二：按照所述质量比加入改性石墨烯，同时另加三分之一的水，混合搅拌20min；

步骤三：按照所述质量比加入改性天然高分子材料和剩余的水，混合搅拌30min，制得所述处理剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：淀粉分子链中含有大量反应性官能团，具有一定的絮凝和缓蚀性能，但由于化学性质不活泼、溶解性差等不足，导致其在实际应用中的水处理效果不佳，因此通常需要对其进行化学改性。在本发明中，利用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和N-苯基马来酰亚胺通过自由基接枝共聚，在淀粉表面形成两亲性无规共聚物链，与水中微粒形成架桥效应，增强絮凝能力；该共聚物结构中还存在酰胺键、磺酸基等功能性基团能够在很大范围内有效的控制无机物结垢，与本发明中的其它组分复配使用时，能产生良好的阻垢性能。

利用石墨烯与丙烯酰胺制得水凝胶，结合了二者的吸附和絮凝能力，同时亦可作为一种载体稳定剂，用于负载无机填料和无机絮凝剂，最大限度发挥填料和絮凝剂在水体中的吸附、混凝/絮凝作用，增强与水体中金属离子的附着力。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例：一种工业废水处理剂的制备方法，

步骤一：在搅拌器中加入10-12份的水，设置温度35℃，调节转速为80-100r/min，加入8-15份无机填料和5-10份无机絮凝剂，混合搅拌10min；

步骤二：加入10-15份改性石墨烯，同时另加10-12份的水，混合搅拌20min；

步骤三：按照加入20-30份改性天然高分子材料和10-12份的水，混合搅拌30min，制得所述处理剂。

其中，所述无机填料选自沸石粉、活性炭、蛭石、凹凸棒土中的一种或几种；所述无机絮凝剂为聚硅酸盐；改性石墨烯为聚丙酰胺/氧化石墨烯水凝胶；

所述聚丙酰胺/氧化石墨烯水凝胶的制备过程如下：

12mg氧化石墨烯粉末加水超声分散，向分散液中依次加入0.8g丙烯酰胺单体、0.56mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺交联剂以及0.8mg过硫酸钾引发剂，冰水浴环境下充分搅拌均匀，随后向反应瓶中鼓吹氮气30min，密封后转移至60℃条件下反应2-3h，再在室温下反应24h，反应完成后将水凝胶剪碎，常温下溶胀24h，冷冻干燥后粉碎得到凝胶粉末，即本发明所用聚丙酰胺/氧化石墨烯水凝胶。

所述改性天然高分子材料为改性玉米淀粉，其制备过程如下：

S1：1g淀粉加水，50-55℃搅拌50min得到糊化淀粉液；

S2：向所述糊化淀粉液中加入0.015g引发剂过硫酸铵和0.1g硝酸铈铵，充分搅拌后以连续加料方式，加入1g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和1g N-苯基马来酰亚胺搅拌，70-80℃下反应1-2h；

S3：反应完成后，以丙酮为提取物，在索氏提取器中提取24h，随后干燥得到改性玉米淀粉。

实施例1：按重量份比包括以下组分：8份无机填料、5份无机絮凝剂、10份改性石墨烯、20份改性天然高分子材料和30份水。

实施例2：按重量份比包括以下组分：10份无机填料、8份无机絮凝剂、13份改性石墨烯、22份改性天然高分子材料和33份水。

实施例3：按重量份比包括以下组分：15份无机填料、10份无机絮凝剂、15份改性石墨烯、30份改性天然高分子材料和40份水。

对比例：

步骤一：在搅拌器中加入10-12份的水，设置温度35℃，调节转速为80-100r/min，加入8-15份无机填料和5-10份无机絮凝剂，混合搅拌10min；

步骤二：加入0-8份氧化石墨烯和0-8份聚丙酰胺，同时另加10-12份的水，混合搅拌20min；

步骤三：按照加入20-30份改性天然高分子材料和10-12份的水，混合搅拌30min，制得所述处理剂。

对比例1：按重量份比包括以下组分：15份无机填料、10份无机絮凝剂、8份氧化石墨烯和8份聚丙酰胺、30份改性天然高分子材料和40份水。

对比例2：按重量份比包括以下组分：15份无机填料、10份无机絮凝剂、15份聚丙烯酰胺水凝胶、30份改性天然高分子材料和40份水。

对比例3：15份无机填料、10份无机絮凝剂、15份改性石墨烯、30份改性天然高分子材料和40份水；其中，所述改性天然高分子材料的制备过程同上述实施例，区别在于无2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。

对比例4：15份无机填料、10份无机絮凝剂、15份改性石墨烯、30份改性天然高分子材料和40份水；其中，所述改性天然高分子材料的制备过程同上述实施例，区别在于无N-苯基马来酰亚胺。

阻垢性能测定：取蒸馏水配置钙离子浓度为600mg/L，碱度为600mg/L，pH值为9.0的试验用水，将50mg水处理剂加入其中，在80℃的恒温水浴中静置15h，按照GB/T 16632-2008测定阻垢率。

吸附、絮凝性能测定：取300ml造纸预处理废水(COD值为890mg/L，总氨值为90mg/L)，分别添加本实施例以及对比例1-3的净化剂200mg，分别搅拌混匀，沉淀至澄清，测定其COD去除率和氨氮去除率。

阻垢率、COD去除率和氨氮去除率的结果如表1所述。采用实施例1-3制备的处理剂进行造纸废水处理时，其COD去除率可达到94％以上，氨氮去除率可达到95％以上；而对比例1和对比例2的COD去除率和氨氮去除率均在90％以下。实施例1-3的处理剂具有较高的阻垢性能，阻垢率达到95％以上，而对比例3和对比例4的阻垢率仅83％左右。

表1

项目	阻垢率	COD去除率	氨氮去除率
				实施例1	95.2％	94.45％	95.60％
实施例2	96.3％	95.61％	96.25％
				实施例3	97.5％	96.05％	96.89％
对比例1	97.4％	85.23％	87.12％
				对比例2	97.5％	88.05％	88.91％
对比例3	83.4％	91.32％	92.24％
				对比例4	82.8％	91.45％	92.13％

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (10)

1.一种工业废水处理剂，其特征在于，按重量份比包括以下组分：8-15份无机填料、5-10份无机絮凝剂、10-15份改性石墨烯、20-30份改性天然高分子材料和30-40份水。

2.如权利要求1所述的工业废水处理剂的制备方法，其特征在于，所述无机填料选自沸石粉、活性炭、蛭石、凹凸棒土中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的工业废水处理剂的制备方法，其特征在于，所述无机絮凝剂为聚硅酸盐。

4.如权利要求1所述的工业废水处理剂的制备方法，其特征在于，所述改性石墨烯为聚丙酰胺/氧化石墨烯水凝胶。

5.如权利要求1所述的工业废水处理剂的制备方法，其特征在于，所述改性天然高分子材料选自改性纤维素、改性玉米淀粉、改性木质素或改性壳聚糖。

6.如权利要求5所述的工业废水处理剂的制备方法，其特征在于，所述改性天然高分子材料为改性玉米淀粉，其制备过程如下：

S1：淀粉加水，搅拌升温后得到糊化淀粉液；

S2：向所述糊化淀粉液中加入引发剂过硫酸铵和硝酸铈铵，充分搅拌后以连续加料方式，加入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和N-苯基马来酰亚胺搅拌反应；

S3：反应完成后，以丙酮为提取物，在索氏提取器中提取24h，干燥后得到改性玉米淀粉。

7.如权利要求6所述的工业废水处理剂的制备方法，其特征在于，所述S1的糊化条件为50-55℃，搅拌50min。

8.如权利要求6所述的工业废水处理剂的制备方法，其特征在于，所述S2的反应条件为70-80℃下反应1-2h。

9.如权利要求6所述的工业废水处理剂的制备方法，其特征在于，所述淀粉、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-苯基马来酰亚胺、过硫酸胺和硝酸铈铵的质量比为1:1:1:0.015:0.1。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的工业废水处理剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在搅拌器中加入三分之一的水，设置温度35℃，调节转速为80-100r/min，按照所述质量比加入无机填料和无机絮凝剂，混合搅拌10min；

步骤二：按照所述质量比加入改性石墨烯，同时另加三分之一的水，混合搅拌20min；

步骤三：按照所述质量比加入改性天然高分子材料和剩余的水，混合搅拌30min，制得所述处理剂。