CN112499738B - 一种造纸废水处理剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本案涉及一种造纸废水处理剂及其制备方法，按重量份计包括如下组分：絮凝剂10～20份、表面活性剂3～8份、活性炭15～25份、膨润土7～15份、碳纳米管/聚丙烯酰胺复合材料5～10份；其中，所述碳纳米管/聚丙烯酰胺复合材料的制备方法为：将功能性碳纳米管分散于有机溶剂中，并加入可聚合缩水甘油醚、丙烯酰胺和引发剂，充氮气置换出瓶中的空气，在60‑70℃的油浴锅中搅拌反应2‑3h，反应结束后减压蒸馏除去溶剂，固体真空干燥后研磨即得到碳纳米管/聚丙烯酰胺复合材料。本发明的造纸废水处理剂处理工艺简单，能够有效降低水中的BOD和COD，处理时间短，处理效果佳，处理后的水质能够达到排放标准。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理领域，具体为一种造纸废水处理剂及其制备方法。
背景技术
造纸工业生产过程中产生的废水含有大量有机物和无机物，严重危害水生物、植物和人类的生存环境，破坏水资源的利用价值。造纸废水处理的方法有：物理法、化学法、物化法和生化法等，目前，国内外众多造纸工业选择采用化学氧化法和絮凝沉淀法结合去除造纸废水中的污染物。
随着经济的快速发展，造纸工业也呈现井喷发展的趋势，相应地，废水种类、排放量以及水质复杂程度都在不断扩大。单一成分的絮凝剂已经很难达到对造纸废水的理想处理效果，仍达不到排放要求。
发明内容
针对现有技术中的不足之处，本发明提出了一种应用于造纸废水中的高效废水处理剂，其可快速吸附沉降废水中的污染物，使最终处理后的水质达到排放标准。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种造纸废水处理剂，按重量份计包括如下组分：絮凝剂10～20份、表面活性剂3～8份、活性炭15～25份、膨润土7～15份、碳纳米管/聚丙烯酰胺复合材料5～10份；其中，
所述碳纳米管/聚丙烯酰胺复合材料的制备方法为：将功能性碳纳米管分散于有机溶剂中，并加入可聚合缩水甘油醚、丙烯酰胺和引发剂，充氮气置换出瓶中的空气，在60-70℃的油浴锅中搅拌反应2-3h，反应结束后减压蒸馏除去溶剂，固体真空干燥后研磨即得到碳纳米管/聚丙烯酰胺复合材料。
进一步地，所述功能性碳纳米管为羟基化碳纳米管或氨基化碳纳米管。
进一步地，所述可聚合缩水甘油醚选自烯丙基缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油酯、4-羟基丁基丙烯酸缩水甘油醚中的一种。
进一步地，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、1,4-二氧六环或二甲亚砜中的一种；所述引发剂为偶氮二异丁腈或过氧化苯甲酰。
进一步地，所述功能性碳纳米管的浓度为0.1g/ml；所述可聚合缩水甘油醚、丙烯酰胺和引发剂的摩尔比为1:1:0.01，所述丙烯酰胺与功能性碳纳米管的质量比为0.5～1.5:1。
进一步地，所述絮凝剂由硫酸亚铁、聚合氧化铝、聚合硫酸铝铁以及聚二甲基二丙烯基氯化铵按照2:1:2:1的质量比复配而成。
进一步地，所述表面活性剂为改性纤维素，其由羟乙基纤维素和对甲苯磺酰氯制得。
一种如上所述的造纸废水处理剂的制备方法，将活性炭和膨润土经球磨机磨碎得到混料，将表面活性剂加入混料中，后加水制成浆料，加入絮凝剂以及碳纳米管/聚丙烯酰胺复合材料，搅拌均匀后烘干、研磨，得造纸废水处理剂。
絮凝剂采用硫酸亚铁、聚合氧化铝、聚合硫酸铝铁以及聚二甲基二丙烯基氯化铵复配而成，包含了低分子无机物、有机高分子和无机高分子，复配后的絮凝剂适用的pH值范围宽，絮凝沉淀效果好。
表面活性剂为改性纤维素，纤维素广泛分布于大自然中，来源广泛，无污染，可作为新型的表面活性剂使用到各个领域。然而，纤维素在作为表面活性剂使用时，通常需要对其改性，在本发明中，利用对甲苯磺酰氯与羟乙基纤维素分子链上含有的羟基在碱性条件下反应，成功将磺酸基接枝到纤维素上，改善纤维素在水处理体系中的分散性，具有较强的脱除COD和BOD的性能。
碳纳米管/聚丙烯酰胺复合材料将有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺接枝到具有多孔结构的碳纳米管表面，碳纳米管可以有效吸附水体中的有机物，随后通过表面的聚丙烯酰胺的协同作用，达到快速絮凝沉降。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明各成分配比合理，协同作用形成的造纸废水处理剂处理工艺简单，能够有效降低水中的BOD和COD，处理时间短，处理效果佳，处理后的水质能够达到排放标准。
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。
实施例：
一种造纸废水处理剂的制备方法，将15～25份活性炭和7～15份膨润土经球磨机磨碎得到混料，将3～8份表面活性剂加入混料中，后加水制成浆料，加入10～20份絮凝剂以及5～10份碳纳米管/聚丙烯酰胺复合材料，搅拌均匀后烘干、研磨，得造纸废水处理剂。
其中，所述碳纳米管/聚丙烯酰胺复合材料的制备方法为：将10g功能性碳纳米管分散于100ml有机溶剂中，并加入0.1mol可聚合缩水甘油醚、0.1mol丙烯酰胺和1mmol引发剂，充氮气置换出瓶中的空气，在60-70℃的油浴锅中搅拌反应2-3h，反应结束后减压蒸馏除去溶剂，固体真空干燥后研磨即得到碳纳米管/聚丙烯酰胺复合材料。
其中，所述功能性碳纳米管为羟基化碳纳米管或氨基化碳纳米管。
其中，所述可聚合缩水甘油醚选自烯丙基缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油酯、4-羟基丁基丙烯酸缩水甘油醚中的一种。
其中，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、1,4-二氧六环或二甲亚砜中的一种；所述引发剂为偶氮二异丁腈或过氧化苯甲酰。
其中，所述絮凝剂由硫酸亚铁、聚合氧化铝、聚合硫酸铝铁以及聚二甲基二丙烯基氯化铵按照2:1:2:1的质量比复配而成。
其中，所述表面活性剂为改性纤维素，其由羟乙基纤维素和对甲苯磺酰氯制得：称取10g羟乙基纤维素于反应瓶中，加入10ml氢氧化钠溶液升温至50℃，缓慢滴加对甲苯磺酰氯，滴加完成后搅拌反应24h。
按照上述步骤提供如下实施例。
实施例1：将15份活性炭和7份膨润土经球磨机磨碎得到混料，将3份表面活性剂加入混料中，后加水制成浆料，加入10份絮凝剂以及5份碳纳米管/聚丙烯酰胺复合材料，搅拌均匀后烘干、研磨，得造纸废水处理剂。
实施例2：将20份活性炭和10份膨润土经球磨机磨碎得到混料，将5份表面活性剂加入混料中，后加水制成浆料，加入15份絮凝剂以及8份碳纳米管/聚丙烯酰胺复合材料，搅拌均匀后烘干、研磨，得造纸废水处理剂。
实施例3：将25份活性炭和15份膨润土经球磨机磨碎得到混料，将8份表面活性剂加入混料中，后加水制成浆料，加入20份絮凝剂以及10份碳纳米管/聚丙烯酰胺复合材料，搅拌均匀后烘干、研磨，得造纸废水处理剂。
对比例1：同实施例3，区别在于将表面活性剂由改性纤维素换成普通羟乙基纤维素。
对比例2：同实施例3，区别在于，将碳纳米管/聚丙烯酰胺复合材料替换成市售的碳纳米管和聚丙烯酰胺。
取上述实施例1-3以及对比例1-2的吸附剂各100mg，投放到1L的某造纸厂排放废水中，按照GB3544-2008，检测造纸废水中COD、BOD、悬浮物和色度，同时记录沉降速率，记录在表1中。
表1
| COD/mg·L<sup>-1</sup> | BOD5/mg·L<sup>-1</sup> | 悬浮物/mg·L<sup>-1</sup> | 色度 | 沉降速率min | |
| 实施例1 | 132 | 21 | 43 | 38 | 13 |
| 实施例2 | 124 | 18 | 37 | 30 | 10 |
| 实施例3 | 101 | 16 | 29 | 25 | 8 |
| 对比例1 | 148 | 28 | 51 | 48 | 23 |
| 对比例2 | 163 | 39 | 60 | 50 | 31 |
| 原水 | 205 | 65 | 79 | 68 | -- |
| 排放标准 | 100 | 50 | 50 | 50 | -- |
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 (7)
1.一种造纸废水处理剂，其特征在于，按重量份计包括如下组分：絮凝剂10～20份、表面活性剂3～8份、活性炭15～25份、膨润土7～15份、碳纳米管/聚丙烯酰胺复合材料5～10份；其中，
所述碳纳米管/聚丙烯酰胺复合材料的制备方法为：将功能性碳纳米管分散于有机溶剂中，并加入可聚合缩水甘油醚、丙烯酰胺和引发剂，充氮气置换出瓶中的空气，在60-70℃的油浴锅中搅拌反应2-3h，反应结束后减压蒸馏除去溶剂，固体真空干燥后研磨即得到碳纳米管/聚丙烯酰胺复合材料；
所述表面活性剂为改性纤维素，其由羟乙基纤维素和对甲苯磺酰氯制得。
2.如权利要求1所述的造纸废水处理剂，其特征在于，所述功能性碳纳米管为羟基化碳纳米管或氨基化碳纳米管。
3.如权利要求1所述的造纸废水处理剂，其特征在于，所述可聚合缩水甘油醚选自烯丙基缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油酯、4-羟基丁基丙烯酸缩水甘油醚中的一种。
4.如权利要求1所述的造纸废水处理剂，其特征在于，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、1,4-二氧六环或二甲亚砜中的一种；所述引发剂为偶氮二异丁腈或过氧化苯甲酰。
5.如权利要求1所述的造纸废水处理剂，其特征在于，所述功能性碳纳米管的浓度为0.1g/ml；所述可聚合缩水甘油醚、丙烯酰胺和引发剂的摩尔比为1:1:0.01，所述丙烯酰胺与功能性碳纳米管的质量比为0.5～1.5:1。
6.如权利要求1所述的造纸废水处理剂，其特征在于，所述絮凝剂由硫酸亚铁、聚合氧化铝、聚合硫酸铝铁以及聚二甲基二丙烯基氯化铵按照2:1:2:1的质量比复配而成。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的造纸废水处理剂的制备方法，其特征在于，将活性炭和膨润土经球磨机磨碎得到混料，将表面活性剂加入混料中，后加水制成浆料，加入絮凝剂以及碳纳米管/聚丙烯酰胺复合材料，搅拌均匀后烘干、研磨，得造纸废水处理剂。
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