CN113083241A - 一种高效处理油田废水及染料废水的磺酰腙改性天然高分子的制备 - Google Patents

一种高效处理油田废水及染料废水的磺酰腙改性天然高分子的制备 Download PDF

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Abstract

本发明属于天然高分子改性领域，涉及一种高效处理油田废水及染料废水的磺酰腙改性天然高分子的制备，主要涉及磺酰腙改性天然高分子的制备方法。包括：在50～200mL乙醇中，加入1～5g瓜尔胶和1～3g高碘酸钠，调节溶液的pH，使反应液在一定温度下反应12～24h，用一定比例的乙醇和水混合液洗涤，得到淡黄色固体双醛瓜尔胶；在10～40mL无水乙醇中，加入相应摩尔比的双醛瓜尔胶与苯磺酰肼，加入适量冰醋酸，反应液在60～80℃温度下反应2～8h，用一定比例的乙醇和水混合液洗涤，得到深黄色固体磺酰腙改性天然高分子。本发明所述方法简单绿色环保、操作方便、原料易得、成本低廉。此产品处理染料及油田废水性能更加优越，适合工业化生产。

Description

一种高效处理油田废水及染料废水的磺酰腙改性天然高分子 的制备
技术领域
本发明涉及天然高分子改性领域，具体涉及一种高效处理油田废水及染料废水的磺酰腙改性天然高分子的制备。
背景技术
作为一种优良的天然高分子多糖，瓜尔胶因其独特的半乳-甘露糖直链结构以及优良的增黏性和水溶性在工业生产领域广受青睐。但是原粉瓜尔胶往往具有下述缺点：不能快速溶胀和水合，溶解速度慢；水不溶物含量高；黏度不易控制；易被微生物分解而不能长期保存。这些缺点使瓜尔胶的应用受到很大限制，因此需要改变其理化特性，针对其暴露出的缺陷进行优化，进而赋予其更多的优良性能，以期获得更广泛的应用。为了改善天然瓜尔胶功能单一的缺陷，扩大瓜尔胶的应用领域，对瓜尔胶的改性和功能化一直是科研人员研究的重点。瓜尔胶常见的改性途径有以下几种：物理改性，化学改性和生物改性等。因此，本文对瓜尔胶进行改性为天然高分子材料在处理水体污染物领域的应用开辟了一条新途径。
酰腙是一类含有酰胺键(-CONHN＝CH-)的化合物。由于其具有较强的配位能力、多样的配位形式、广泛的医药生物活性和非线性光学性质等特点，引起了国内外科技工作者的研究兴趣，被广泛应用于分析、催化、医药等领域。
综上所述，本发明对瓜尔胶进行改性得到双醛瓜尔胶，以其为原料和苯磺酰肼通过简单的醛胺缩合反应，制备出的磺酰腙改性天然高分子材料，既具备了天然瓜尔胶多羟基的优点，又具备了酰腙类化合物配位能力强的优点，使其在染料废水处理、油田废水处理应用的性能更加优越。
发明内容
技术说明：针对现有的材料处理染料废水、油田废水性能上的不足，本发明以瓜尔胶、苯磺酰肼为原料，通过醛胺缩合反应，拟制备出一种高效处理油田废水及染料废水的磺酰腙改性天然高分子材料，使其在染料废水处理、油田废水处理应用的性能更加优越。
技术方案：根据本发明，一种高效处理油田废水及染料废水的磺酰腙改性天然高分子的制备包括以下步骤。
在100mL无水乙醇中，加入5g的干燥瓜尔胶和2g高碘酸钠，把溶液的pH调到4左右，使反应液在25℃温度下避光反应24个小时后，用一定比例的乙醇和水混合液洗涤三次，得到淡黄色固体双醛瓜尔胶。
在20mL无水乙醇中，加入摩尔比为1:2的双醛瓜尔胶与苯磺酰肼后，加入1mL冰醋酸，使反应液在80℃温度下反应6个小时后，用一定比例的乙醇和水混合液洗涤三次，得到深黄色固体磺酰腙改性天然高分子。
实施方案中，步骤[0007]中制备双醛瓜尔胶时加入5g的干燥瓜尔胶和2g高碘酸钠。
实施方案中，步骤[0007]中制备双醛瓜尔胶时把溶液的pH调到4左右。
实施方案中，步骤[0007]中制备双醛瓜尔胶时使反应液在25℃温度下避光反应24个小时。
实施方案中，步骤[0007]中制备双醛瓜尔胶时用一定比例的乙醇和水混合液洗涤三次，得到淡黄色固体双醛瓜胶。
实施方案中，步骤[0008]中制备磺酰腙改性天然高分子时双醛瓜尔胶与苯磺酰肼的摩尔比为1:2。
实施方案中，步骤[0008]中制备磺酰腙改性天然高分子时加入1mL冰醋酸，使反应液在80℃温度下反应6个小时。
实施方案中，步骤[0008]中制备磺酰腙改性天然高分子时用一定比例的乙醇和水混合液洗涤三次，得到深黄色固体磺酰腙改性天然高分子。
实施方案中，步骤[0007]和步骤[0008]旨在制备出对染料废水处理、油田废水处理应用的性能更加优越的高分子材料。
实施方案中，步骤[0008]制备的磺酰腙改性天然高分子用于刚果红染料废水、藏红花T染料废水和油田废水的高效去除。且对100mg/L刚果红染料废水、藏红花T染料废水在广泛的pH(3～10)值范围内磺酰腙改性天然高分子处理这些废水时，去除率分别达到99.99％和97％以上。对刚果红染料废水、藏红花T染料废水的平衡吸附量分别为1195.78mg/g和1099.30mg/g。在油田废水处理方面，使用磺酰腙改性天然高分子可以将油田废水中的固含量从1438.8mg/L降到27.33mg/L。
实施方案中，所用药品皆为分析纯，均为市售；油田废水为现场取样的油田废水。
实施方案中，步骤[0007]和步骤[0008]合成操作方便，整个实验过程所用到的化学技术均是最常见的一些实验操作，所制备的磺酰腙改性天然高分子对染料废水处理、油田废水处理应用的性能更加优越，适合工业化生产。
附图说明
图1为磺酰腙改性天然高分子的红外谱图。
图2为瓜尔胶(a-1)、双醛瓜尔胶(b-1)、磺酰腙改性天然高分子(c-1)的扫描电镜图。
图3为广泛的pH值范围内，磺酰腙改性天然高分子处理100mg/L刚果红染料废水时的去除率图。
图4为是磺酰腙改性天然高分子对不同初始浓度下不同温度的刚果红的去除率图。
图5为磺酰腙改性天然高分子对不同初始浓度下不同温度的刚果红的吸附量图。
图6为广泛的pH值范围内，磺酰腙改性天然高分子处理100mg/L藏红花T染料废水时的去除率图。
图7为磺酰腙改性天然高分子对不同初始浓度下不同温度的藏红花T的去除率图。
图8为磺酰腙改性天然高分子对不同初始浓度下不同温度的藏红花T的吸附量图。
图9为磺酰腙改性天然高分子吸附刚果红后的扫描电镜图。
图10为磺酰腙改性天然高分子处理油田废水前后对比图。
具体实施方式
下面结合实例对本发明进行详细说明，以使本领域的研究人员更好的理解本发明，但本发明不局限于以下实例。
实施例1
双醛瓜尔胶的制备：
在200mL无水乙醇中，加入3g的瓜尔胶和2g的高碘酸钠，调节溶液的pH为6，使反应液在一定温度下反应24h，用一定比例的乙醇和水混合液洗涤三次，得到淡黄色固体双醛瓜尔胶。
实施例2
磺酰腙改性天然高分子的制备：
在40mL无水乙醇中，加入摩尔比为1:3的双醛瓜尔胶与苯磺酰肼，加入0.4mL冰醋酸，使反应液在60℃温度下反应3h，用一定比例的乙醇和水混合液洗涤三次，得到深黄色固体磺酰腙改性天然高分子。
制备的磺酰腙改性天然高分子用于刚果红染料废水、藏红花T染料废水和油田废水处理时，吸附剂添加量均为0.01g,对100mg/L刚果红染料废水、藏红花T染料废水在广泛的pH(3～10)值范围内磺酰腙改性天然高分子处理这些废水时，去除率分别达到99.98％和95％以上，其中刚果红吸附量为972.12mg/g，藏红花T吸附量为1034.62mg/g，油田废水中的固含量从1438.8mg/L降到27.33mg/L。
实施例3
双醛瓜尔胶的制备：
在50mL无水乙醇中，加入1g的瓜尔胶和3g的高碘酸钠，调节溶液的pH为2，使反应液在一定温度下反应48h，用一定比例的乙醇和水混合液洗涤三次，得到淡黄色固体双醛瓜尔胶。
实施例4
磺酰腙改性天然高分子的制备：
在20mL无水乙醇中，加入摩尔比为1:1的双醛瓜尔胶与苯磺酰肼，加入0.04mL冰醋酸，使反应液在80℃温度下反应3h，用一定比例的乙醇和水混合液洗涤三次，得到深黄色固体磺酰腙改性天然高分子。
制备的磺酰腙改性天然高分子用于刚果红染料废水、藏红花T染料废水和油田废水处理时，吸附剂添加量均为0.01g,对100mg/L刚果红染料废水、藏红花T染料废水在广泛的pH(3～10)值范围内磺酰腙改性天然高分子处理这些废水时，去除率分别达到98.78％和94％以上，其中刚果红吸附量为879.21mg/g，藏红花T吸附量为913.62mg/g，油田废水中的固含量从1438.8mg/L降到32.28mg/L。
实施例5
双醛瓜尔胶的制备：
在100mL无水乙醇中，加入5g的瓜尔胶和1g的高碘酸钠，调节溶液的pH为4，使反应液在一定温度下反应12h，用一定比例的乙醇和水混合液洗涤三次，得到淡黄色固体双醛瓜尔胶。
实施例6
磺酰腙改性天然高分子的制备：
在20mL无水乙醇中，加入摩尔比为1:2的双醛瓜尔胶与苯磺酰肼，加入0.04mL冰醋酸，使反应液在80℃温度下反应6h，用一定比例的乙醇和水混合液洗涤三次，得到深黄色固体磺酰腙改性天然高分子。
制备的磺酰腙改性天然高分子用于刚果红染料废水、藏红花T染料废水和油田废水处理时，吸附剂添加量均为0.01g,对100mg/L刚果红染料废水、藏红花T染料废水在广泛的pH(3～10)值范围内磺酰腙改性天然高分子处理这些废水时，去除率分别达到99.99％和97％以上，其中刚果红吸附量1195.78mg/g，藏红花T吸附量为1099.30mg/g，油田废水中的固含量从1438.8mg/L降到24mg/L。
图1中，3448cm-1处的宽峰为改性瓜胶长链上羟基与仲胺通过氢键缔合形成的伸缩振动吸收峰；1647cm-1处为席夫碱碳氮双键的伸缩振动峰，1519cm-1处为芳环骨架的伸缩振动峰，1337cm-1处为磺酰基对应的伸缩振动峰，1161cm-1处为磺酰基对应的伸缩振动峰、糖环上碳氧单键的伸缩振动峰以及糖苷键的伸缩振动峰。
图2中，(a-1)瓜尔胶呈现出光滑的块状，(b-1)双醛瓜尔胶表面稍微褶皱且成细小的树枝状，(c-1)磺酰腙改性天然高分子表面更加褶皱且成很粗的树枝状。
图3中，在广泛的pH值范围内，磺酰腙改性天然高分子处理100mg/L刚果红染料废水时的去除率，可以看出本发明材料可适用于较宽pH范围内的刚果红染料废水的处理。
图4中，是磺酰腙改性天然高分子对不同初始浓度下不同温度的刚果红的去除率图，可以看出本发明材料对刚果红具有较好的去处效果。
图5中，是磺酰腙改性天然高分子对不同初始浓度下不同温度的刚果红的吸附量图，可以看出本发明材料对刚果红具有较高的平衡吸附量，达到1195.78mg/g。
图6中，在广泛的pH值范围内，磺酰腙改性天然高分子处理100mg/L藏红花T染料废水时的去除率，可以看出本发明材料可适用于较宽pH范围内的藏红花T染料废水的处理。
图7中，是磺酰腙改性天然高分子对不同初始浓度下不同温度的藏红花T的去除率图，可以看出本发明材料对刚果红具有较好的去处效果。
图8为磺酰腙改性天然高分子对不同初始浓度下不同温度的藏红花T的吸附量图，可以看出本发明材料对刚果红具有较高的平衡吸附量，达到1099.30mg/g。
图9中，磺酰腙改性天然高分子吸附刚果红后呈现不规则的块状，表面褶皱，说明本发明制备的材料可以很好的吸附刚果红染料。
图10中，磺酰腙改性天然高分子处理含油废水前后的照片。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高效处理油田废水及染料废水的磺酰腙改性天然高分子的制备，其特征在于，包括以下步骤：
A、在50～200mL无水乙醇中，加入1～5g的瓜尔胶和1～3g的高碘酸钠，调节溶液的pH，使反应液在一定温度下反应12～24h，用一定比例的乙醇和水混合液洗涤三次，得到淡黄色固体双醛瓜尔胶；
B、在10～40mL无水乙醇中，加入相应摩尔比的双醛瓜尔胶与苯磺酰肼，加入适量冰醋酸，使反应液在60～80℃温度下反应2～8h，用一定比例的乙醇和水混合液洗涤三次，得到深黄色固体磺酰腙改性天然高分子；
C、实验过程中，磺酰腙改性天然高分子用于刚果红染料、藏红花T染料废水和油田废水的处理，油田废水为现场取样的油田废水，染料废水(刚果红溶液和藏红花T溶液)为实验室配置的。
2.根据权利要求1所述双醛瓜尔胶的制备方法，其特征在于：步骤A所述无水乙醇的加量是100mL。
3.根据权利要求1所述双醛瓜尔胶的制备方法，其特征在于：步骤A所述加入5g的瓜尔胶和1g的高碘酸钠。
4.根据权利要求1所述双醛瓜尔胶的制备方法，其特征在于：步骤A所述调节溶液的pH为2～7左右。
5.据权利要求1所述磺酰腙改性天然高分子的制备方法，其特征在于：步骤B所述双醛瓜尔胶与苯磺酰肼的摩尔比为1:2～1:3左右。
6.据权利要求1所述磺酰腙改性天然高分子的制备方法，其特征在于：步骤B所述加入溶液总体积的0.2～1％冰醋酸作为反应催化剂。
7.据权利要求1所述磺酰腙改性天然高分子的制备方法，其特征在于：步骤B所述反应液在80℃温度下反应2h后。
8.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于：制备的磺酰腙改性天然高分子用于刚果红染料废水、藏红花T染料废水和油田废水的处理。
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