CN112939178B - 造纸用环保型污水处理剂及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种造纸用环保型污水处理剂及其制备工艺，属于废水处理技术领域。本发明以椰子壳、甘蔗渣、石墨烯、纳米材料、活性炭、有机硅烷、高分子树脂为原料，通过粉碎、碾磨、加热、高速搅拌等步骤，制得一种造纸用环保型污水处理剂。使用本发明，可以大幅降低废水中的总氮、COD、SS、色度、重金属离子含量，解决现有技术中污水处理成本高、石墨烯和纳米材料易团聚、投药量大等技术缺陷。本发明具有成本低廉、投药量低、应用范围广等优点，可推广应用于各类工业污水处理、城市污水处理、农村废水处理等领域中。

Description

造纸用环保型污水处理剂及其生产工艺

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种造纸用环保型污水处理剂及其制备方法。

背景技术

环境部的监测数据显示，全国城镇每天至少有1亿吨污水未经处理直接排放都沟渠里，全国一半以上的河段水质受到污染，其中25％的水体不适于灌溉，超过30％的水体不适于鱼类生存，50％的城镇水源不符合饮用水标准，90％的城市水域污染严重。由此可知，我国用水形势日趋严峻，水污染事件频繁发生，已经严重影响了我国人民的生产生活，严重阻碍了经济的发展和科技的进步。

目前较为常用的污水处理方法是通过污水处理厂对污水进行集中处理或使用处理剂对工业污水进行处理，通过污水处理厂处理污水的方法虽然效果较好，但其基建、设备投资很大，运行成本高，普通企业在经济上难以承受。现有的污水处理剂功能单一，对工业污水进行处理时，应用范围窄，处理效果不甚理想，一些主要指标如氨氮去除率、化学耗氧量去除率、重金属去除率都较低。为了达到国家排放标准，需要投加多种污水处理剂，投加药剂量大、成本高，容易产生较多难以处理的残渣，易引起二次污染。因此，迫切的需要研发一种新的废水处理药剂，用于降低废水处理成本，提高废水处理效果，扩大处理剂的应用范围，从而解决现有技术处理污水存在各种缺陷。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种造纸用环保型污水处理剂，其以椰子壳、甘蔗渣、石墨烯、纳米材料、活性炭、有机硅烷、高分子树脂为原料，通过粉碎、碾磨、加热、高速搅拌等步骤，制得一种造纸用环保型污水处理剂，以解决现有技术中污水处理成本高、石墨烯和纳米材料易团聚、废水处理效果差、使用范围窄、投药量大等技术缺陷。

本发明通过以下技术方案进行实现：

一方面，本发明提供一种造纸用环保型污水处理剂，按照百分比计，其组成如下：植物纤维为10~30%，石墨烯为1~10%，纳米材料5~20%，活性炭1~10%，高分子树脂30~50%，分散剂5~20%，有机硅烷10~35%。

进一步地，所述植物纤维粒径为10~200目，具体地，所述植物纤维粒径为50~150目，优选地，所述植物纤维粒径为50~100目。

进一步地，所述纳米材料为纳米二氧化钛、纳米铁粉、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米石英中至少一种的组合，具体地，所述纳米材料为纳米二氧化钛、纳米铁粉、纳米氧化锌、中至少一种的组合，优选地，所述纳米材料为纳米二氧化钛、纳米铁粉中至少一种的组合。

进一步地，所述活性炭粒径为50~200目，具体地，所述活性炭粒径为100~200目，优选地，所述活性炭粒径为150目。

进一步地，所述高分子树脂为聚氨酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚己内酯、聚甲基丙烯酸甲酯中至少一种的组合，具体地，所述高分子树脂为聚氨酯、聚酰胺、聚碳酸酯中至少一种的组合，优选地，所述高分子树脂为聚氨酯。

进一步地，所述分散剂为甲基纤维素、聚二醇、明胶、聚甘油酯、淀粉中至少一种的组合，具体地，所述分散剂为甲基纤维素、聚二醇、明胶、甲基纤维素中至少一种的组合，优选地，所述分散剂为聚二醇。

进一步地，所述有机硅烷为异丁基三乙氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、巯丙基三甲氧基硅烷中至少一种的组合，具体地，所述有机硅烷为异丁基三乙氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷中至少一种的组合，优选地，所述有机硅烷为氨丙基三乙氧基硅烷。

一方面，本发明提供一种造纸用环保型污水处理剂的制备方法，包括如下步骤：

1）取椰子壳与其他农作物废弃物按照一定的重量比进行粉碎、研磨，得到一定粒径的植物纤维颗粒；

2）将植物纤维颗粒10~50重量份、纳米材料1~20重量份、活性炭1~15重量份、分散剂1~30重量份缓慢加入到有机硅烷10~30重量份中，再加入1~20重量份有机溶剂中，调节转速，升温，待反应完后，得到混合液A；

3）缓慢将石墨烯1~12重量份、纳米材料1~15重量份、有机溶剂5~15重量份加入到20~50重量份份高分子粘结剂中，边加边加热，调节转速，搅拌均匀后，得到混合液B；

4）将混合液A缓慢加入到混合液B中，调节pH值，调节转速，搅拌均匀，即得造纸用环保型污水处理剂。

进一步地，步骤1）所述农作物废弃物包括甘蔗渣、玉米秸秆、玉米芯、稻草、高粱秸秆、小麦秸秆、大豆秸秆、辣椒秸秆、豌豆秸秆中至少一种的组合，具体地，步骤1）所述农作物废弃物包括甘蔗渣、玉米秸秆、玉米芯、稻草、高粱秸秆、小麦秸秆、大豆秸秆中至少一种的组合，优选地，步骤1）所述农作物废弃物包括甘蔗渣、玉米秸秆、玉米芯中至少一种的组合。

进一步地，步骤1）中所述椰子壳与农作物废弃物的比例控制在（1~8）:1，具体地，步骤1）中所述椰子壳与农作物废弃物的比例控制在（1~5）:1，优选地，步骤1）中所述椰子壳与农作物废弃物的比例控制在（1~3）:1。

进一步地，步骤1）中所述植物纤维颗粒物粒径为10~200目，具体地，步骤1）中所述植物纤维颗粒物粒径为50~150目，优选地，步骤1）中所述植物纤维颗粒物粒径为50~100目。

进一步地，步骤2）中所述升温温度为50~100℃，反应时间为10分钟~60分钟，具体地，步骤2）中所述升温温度为60~80℃，反应时间为20分钟~40分钟，优选地，步骤2）中所述升温温度为60℃、70℃、80℃，反应时间为30分钟。

进一步地，步骤3）中所述加热温度为30~80℃，反应时间为10~60分钟，具体地，步骤3）中所述加热温度为30~50℃，反应时间为10~50分钟，优选地，步骤3）中所述加热温度为30℃、40℃、50℃，反应时间为10分钟、20分钟、30分钟。

进一步地，步骤4）中所述pH为3.0~7.0，具体地，步骤4）中所述pH为4.0~6.5，优选地，步骤4）中所述pH为5.0~6.5。

进一步地，步骤3）所述转速为步骤4）中所述转速的1~5倍，具体地，步骤3）所述转速为步骤4）中所述转速的1~3倍，优选地，步骤3）所述转速为步骤4）中所述转速的2倍。

进一步地，步骤2）中所述植物纤维颗粒、步骤3）中所述石墨烯与纳米材料的用料量比例为（1~15）：（1~3）：（1~8），具体地，步骤2）中所述植物纤维颗粒、步骤3）中所述石墨烯与纳米材料的用料量比例为（1~12）：（1~3）：（1~6），优选地，步骤2）中所述植物纤维颗粒、步骤3）中所述石墨烯与纳米材料的用料量比例为（1~10）：（1~3）：（1~5）。

另一方面，本发明提供一种造纸用环保型污水处理剂，可应用于处理pH为3.0~7.0的工业废水。

进一步地，所述造纸用环保型污水处理剂与待处理的工业废水的用量比为1:（30~100），具体地，所述造纸用环保型污水处理剂与待处理的工业废水的用量比为1:（30~80），优选地，所述粉煤灰基高效污泥脱水剂与污泥的用量比为1:50。

相对于现有技术，本发明提供的技术方案具备有益效果如下：

1）本发明采用椰子壳、甘蔗渣作为原料，将其粉碎、碾磨，与纳米材料、活性炭、分散剂一起与有机硅烷进行反应，各原料均匀粘结和分布，既充分利用比表面积大、成本低廉的优势，又充分发挥活性炭、纳米二氧化钛等材料具有优良去除总氮、重金属、SS、色度、COD等的能力，克服其容易团聚的缺陷，从而提高污水处理剂的处理效果；

2）石墨烯能处理任何pH的废水，但是在现有技术中，容易团聚，难以充分发挥作用，本申请通过将石墨烯、纳米铁粉与高分子树脂材料进行反应，然后再与植物纤维、活性炭、分散剂进行反应，将石墨烯均匀分散在植物纤维与纳米材料中，提高污水处理剂的处理效果，进一步扩大了本发明处理废水的应用范围；

3）本发明所制得的造纸用环保型污水处理剂采用农业废弃物作为主要原料，降低污水处理剂的成本，同时加入活性炭、纳米材料、石墨烯，使本发明能有效去除废水中总氮值、SS、色度、COD、总磷和重金属铅离子的含量，达到国家标准GB3838~2002的废水排放标准。

具体实施方式

以下实施例旨在说明本发明内容，而不是对本发明保护范围的进一步限定。

实施例1

一种造纸用环保型污水处理剂的制备方法，包括如下步骤：

1）称取椰子壳5重量份、甘蔗渣5重量份进行粉碎、研磨，得到50目的植物纤维颗粒；

2）将植物纤维颗粒10重量份、纳米二氧化钛3重量份、活性炭3重量份、聚乙二醇8重量份缓慢加入到氨丙基三乙氧基硅烷15重量份中，再加入5重量份乙酸异戊酯，调节转速为300rpm，升温至60℃，反应30分钟，得到混合液A；

3）缓慢将石墨烯5重量份、纳米铁粉2重量份、丁酮8重量份加入到30重量份聚氨酯中，边加边加热至30℃，调节转速为300rpm，反应10分钟，得到混合液B；

4）将混合液A缓慢加入到混合液B中，调节pH值为5.5，调节转速为150rpm搅拌30分钟，即得造纸用环保型污水处理剂。

实施例2

一种造纸用环保型污水处理剂的制备方法，包括如下步骤：

1）称取椰子壳15重量份、甘蔗渣10重量份进行粉碎、研磨，得到80目的植物纤维颗粒；

2）将植物纤维颗粒20重量份、纳米二氧化钛8重量份、活性炭5重量份、聚乙二醇12重量份缓慢加入到氨丙基三乙氧基硅烷20重量份中，再加入8重量份乙酸异戊酯，调节转速为400rpm，升温至70℃，反应30分钟，得到混合液A；

3）缓慢将石墨烯8重量份、纳米铁粉8重量份、丁酮10重量份加入到35重量份聚氨酯中，边加边加热至40℃，调节转速为400rpm，搅拌20分钟，得到混合液B；

4）将混合液A缓慢加入到混合液B中，调节pH值为6.0，调节转速为200rpm搅拌45分钟，即得造纸用环保型污水处理剂。

实施例3

一种造纸用环保型污水处理剂的制备方法，包括如下步骤：

1）称取椰子壳30重量份、甘蔗渣15重量份进行粉碎、研磨，得到100目的植物纤维颗粒；

2）将植物纤维颗粒40重量份、纳米二氧化钛13重量份、活性炭8重量份、聚乙二醇16重量份缓慢加入到氨丙基三乙氧基硅烷25重量份中，再加入12重量份乙酸异戊酯，调节转速为500rpm，升温至80℃，反应30分钟，得到混合液A；

3）缓慢将石墨烯10重量份、纳米铁粉7重量份、丁酮10重量份加入到40重量份聚氨酯中，边加边加热至50℃，调节转速为500rpm，反应30分钟，得到混合液B；

4）将混合液A缓慢加入到混合液B中，调节pH值为6.5，调节转速为250rpm搅拌60分钟，即得造纸用环保型污水处理剂。

对比例

除不用椰子壳、甘蔗渣、石墨烯外，其他用料相同，按照实施例1~3所述方法制得对比例1、对比例2、对比例3。

实施例4

向某市工业园污水处理厂浓缩池中500立方污水中，加入按照实施例1~3和对比例制得的污水处理剂10公斤，搅拌混合均匀后，检测污水中的氨氮、COD以及重金属离子。取样方法参照GB 12998~1991，氨氮的测定参照HJ 535~2009，COD的测定按照HJ 828—2017,总磷的测定参照GB 11893~89。检测结果如表1中所示。

表1

由上表可知，本发明所制得的造纸用环保型污水处理剂可以较大地降低污水中氨氮值、COD、SS、总磷和重金属铅离子的含量，达到国家标准GB3838~2002的相关要求。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种造纸用环保型污水处理剂的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：1）取椰子壳与其他农作物废弃物按照一定的重量比进行粉碎、研磨，得到一定粒径的植物纤维颗粒；2）将植物纤维颗粒10~50重量份、纳米二氧化钛1~20重量份、活性炭1~15重量份、分散剂1~30重量份缓慢加入到有机硅烷10~30重量份中，再加入1~20重量份有机溶剂中，调节转速，升温，待反应完后，得到混合液A；3）缓慢将石墨烯1~12重量份、纳米铁粉1~15重量份、有机溶剂5~15重量份加入到20~50重量份高分子树脂中，边加边加热，调节转速，搅拌均匀后，得到混合液B；4）将混合液A缓慢加入到混合液B中，调节pH值，调节转速，搅拌均匀，即得造纸用环保型污水处理剂；

所述污水处理剂，按照百分比计，其组成如下：植物纤维为10~30%，石墨烯为1~10%，纳米材料5~20%，活性炭1~10%，高分子树脂30~50%，分散剂5~20%，有机硅烷10~35%；所述植物纤维粒径为10~200目，所述活性炭粒径为50~200目；

所述纳米材料为纳米二氧化钛和纳米铁粉；所述高分子树脂为聚氨酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚己内酯、聚甲基丙烯酸甲酯中至少一种。

2.如权利要求1所述的造纸用环保型污水处理剂的制备方法，其特征在于，步骤1）所述农作物废弃物包括甘蔗渣、玉米秸秆、玉米芯、稻草、高粱秸秆、小麦秸秆、大豆秸秆、辣椒秸秆、豌豆秸秆中至少一种。

3.如权利要求1所述的造纸用环保型污水处理剂的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述椰子壳与农作物废弃物的比例控制在（1~8）:1，所述植物纤维颗粒粒径为10~200目。

4.如权利要求1所述的造纸用环保型污水处理剂的制备方法，其特征在于，步骤3）所述转速为步骤4）中所述转速的1~5倍。

5.如权利要求1所述的造纸用环保型污水处理剂的制备方法，其特征在于，步骤2）中所述植物纤维颗粒、步骤3）中所述石墨烯与纳米材料的用料量比例为（1~15）：（1~3）：（1~8）。

6.一种如权利要求1~5任一方法所制备的造纸用环保型污水处理剂的应用，其特征在于，应用于处理pH为3.0~7.0的工业废水。

7.如权利要求6的所述应用，其特征在于，所述造纸用环保型污水处理剂与待处理的工业废水的用量比为1:（30~100）。