本发明属于制备天然复合絮凝剂的技术领域，特别涉及一种用中药药渣制备天然复合絮凝剂的方法。
背景技术：
在水处理技术中，絮凝沉淀法是一种被广泛应用且必不可少的技术，而絮凝剂又是絮凝沉淀处理效果好坏的关键。天然有机高分子絮凝剂，由于其原料来源广泛、价格低廉、无毒、易生物降解、在自然界形成良性循环等优点，被列为环境友好型水处理剂。中药药渣中含有大量淀粉、纤维素和蛋白质，药渣量大且没有进行有效的利用和开发，造成了大量的资源浪费，如果能将其整合利用起来，不仅是变废为宝，也节省了处理药渣的费用。
现有制备天然复合絮凝剂的方法，如2010年06月02日授权公告的公告号为CN 101284693B“天然有机高分子复合絮凝剂及其生产方法和应用”的发明专利，该专利公开的方法是：先将紫麻皮或刨花楠皮进行粉碎，然后输送进入水化复合反应罐，加清水加热，在搅拌条件下分散，再加入用稀有机酸溶解后的壳聚糖溶液，充分复合反应，再经研磨过滤得产品。该方法存在的主要缺点有：①生产过程中采用加热水化，加热温度高，受热时间长，容易结焦，不便于连续生产；②该工艺仅将壳聚糖与紫麻皮或刨花楠皮进行共混，未对多糖进行结构改性，使其絮凝能力受到一定限制；③所用原料壳聚糖成本较高，将这种絮凝剂用于水处理成本仍然较大；④生产得到的复合絮凝剂为胶体状，不便于运输，储存时间短。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有生产复合絮凝剂方法的不足之处，提供一种用中药药渣制备天然复合絮凝剂的方法，该方法具有生产工艺简单、稳定、资源综合利用率高、原料易得且低廉、无有害物质排放等特点。采用本发明方法制备出的复合絮凝剂具有性能稳定、安全有效等特点。
本发明的机理是：蒸汽爆破法是将原料置于高温、高压的环境中，原料被过热液体润胀，孔隙中充满蒸汽，当瞬间解除高压时，原料孔隙中的过热液体迅速汽化，体积急剧膨胀而使细胞“爆破”。经该法预处理中药药渣，原料的结晶结构被打破，使反应的可及性显著增加，从而提高后续反应效率。阳离子化试剂3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵不仅可与纤维素、淀粉中的羟基发生亲核取代，还可与蛋白质分子中的-NH2、-COOH、-OH等官能团进行阳离子化反应，从而使纤维素、淀粉、蛋白质同时阳离子化，得到复合絮凝剂。同时，离子化反应中，采用微波辅助，分子在电磁场作用下极化，并随电磁场的变化而变化，产生高频振荡，这样极化分子本身的热运动和分子之间的相对运动会产生类似摩擦、碰撞、振动、挤压的作用，使所在体系能量增高并快速升温，从而使反应在短时间内完成，并且减少反应过程中的有机溶剂使用。由于需要处理的废水大部分颗粒和胶体都带有负电荷，阳离子型絮凝剂可以与水中微粒起电荷中和及吸附架桥作用，使微粒脱稳、絮凝，有助于沉降和过滤脱水。
本发明的目的是这样实现的：一种用中药药渣制备天然复合絮凝剂的方法，以中药药渣为原料，经过爆气处理、浸提分离、阳离子化、洗涤干燥等生产得到产品。其具体的方法步骤如下：
（1）爆气处理
以中药药渣为原料，先将不锈钢高压反应釜与高压蒸汽发生器连接，组成自制的蒸汽爆破装置。接着再按照中药药渣的质量（g）：不锈钢高压反应釜的体积（mL）比为1：10～30的比例，将中药药渣加入不锈钢高压反应釜中，然后通入高压蒸汽，直至釜内压力达到3.0～6.0 MPa时为止，保持30～60 min后开启中压蝶阀，进行爆气处理，收集爆气中药药渣。对于收集的爆气中药药渣，用于下一步处理。其中，中药药渣为三七渣、黄芪渣、党参渣，且不限于列举的中药药渣。
（2）浸提分离
第（1）步完成后，按照第（1）步收集的爆气中药药渣的质量（g）：蒸馏水的体积（mL）比为1：15～30的比例，将爆气中药药渣分散于蒸馏水中，在搅拌速度为150～200 r/min，温度为30～45 ℃的条件下，浸提2～3 h。提取完成后，将浸提混合物泵入压滤机中，在0.20～0.30 MPa下，控制滤膜孔径为200～400目，进行压滤。压滤结束后，分别收集滤过液和滤渣。对于收集的滤渣，用于下一步处理；对于收集的滤过液，泵入反渗透浓缩器中，在0.15～0.25 MPa下，进行反渗透浓缩，直到反渗透截留液的体积减少至原体积的20～30%为止，分别收集反渗透透过液和反渗透截留液。对于收集的反渗透透过液为蒸馏水，可再次用于第（2）步的浸提；对于收集的反渗透截留液，富含水溶性蛋白质、氨基酸、多糖、微量元素等，经冷冻干燥可作为动物饲料添加剂。
（3）阳离子化
第（2）步完成后，先按照3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵：质量分数为20～30%的NaOH水溶液体积比为1：10～15的比例，混合均匀得混合液。再按照第（2）步收集的滤渣的质量（g）：混合液的体积（mL）比为1：6～12的比例，将混合液迅速喷洒到滤渣上，充分混匀。然后再放入微波反应器中，在微波功率为150～200 W的条件下，反应5～10 min，反应完成后，收集反应产物，用于下一步处理。
（4）洗涤干燥
第（3）步完成后，将第（3）步收集的反应产物，用无水乙醇洗涤至中性，分别收集洗涤液和洗涤渣。对于收集的洗涤液回收乙醇后可再次用于洗涤；对于收集的洗涤渣，在40～50 ℃下干燥，即得天然复合絮凝剂产品。
本发明采用上述技术方案后，主要有以下效果：
1、本发明制备得到的天然复合絮凝剂，采用天然药渣为原料，相对于传统单一絮凝剂絮凝效果更佳，且容易降解，不会对环境造成污染，安全有效。
2、本发明在生产过程中，使用蒸汽爆破装置和微波反应器联合作用，反应的可及性显著增加，最终制备得到的产品絮凝效果更好。
3、本发明在生产过程中，以废弃中药药渣为原料，成本低廉且废物变废为宝；生产过程中物料回收循环利用，且得到饲料添加剂副产品。
4、本发明在生产过程中，主要使用自制爆破装置、微波、干燥等设备，生产设备简单，操作简便且易于控制，因此生产安全又降低生产成本。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。
实施例1
一种用中药药渣制备天然复合絮凝剂的方法，具体方法步骤如下：
（1）爆气处理
以中药药渣为原料，先将不锈钢高压反应釜与高压蒸汽发生器连接，组成自制的蒸汽爆破装置。接着再按照中药药渣的质量（g）：不锈钢高压反应釜的体积（mL）比为1：10的比例，将中药药渣加入不锈钢高压反应釜中，然后通入高压蒸汽，直至釜内压力达到3.0 MPa时为止，保持30 min后开启中压蝶阀，进行爆气处理，收集爆气中药药渣。对于收集的爆气中药药渣，用于下一步处理。其中，中药药渣为三七渣。
（2）浸提分离
第（1）步完成后，按照第（1）步收集的爆气中药药渣的质量（g）：蒸馏水的体积（mL）比为1：15的比例，将爆气中药药渣分散于蒸馏水中，在搅拌速度为150 r/min，温度为30 ℃的条件下，浸提2 h。提取完成后，将浸提混合物泵入压滤机中，在0.20 MPa下，控制滤膜孔径为200目，进行压滤。压滤结束后，分别收集滤过液和滤渣。对于收集的滤渣，用于下一步处理；对于收集的滤过液，泵入反渗透浓缩器中，在0.15 MPa下，进行反渗透浓缩，直到反渗透截留液的体积减少至原体积的20%为止，分别收集反渗透透过液和反渗透截留液。对于收集的反渗透透过液为蒸馏水，可再次用于第（2）步的浸提；对于收集的反渗透截留液，富含水溶性蛋白质、氨基酸、多糖、微量元素等，经冷冻干燥可作为动物饲料添加剂。
（3）阳离子化
第（2）步完成后，先按照3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵：质量分数为20%的NaOH水溶液体积比为1：10的比例，混合均匀得混合液。再按照第（2）步收集的滤渣的质量（g）：混合液的体积（mL）比为1：6的比例，将混合液迅速喷洒到滤渣上，充分混匀。然后再放入微波反应器中，在微波功率为150 W的条件下，反应5 min，反应完成后，收集反应产物，用于下一步处理。
（4）洗涤干燥
第（3）步完成后，将第（3）步收集的反应产物，用无水乙醇洗涤至中性，分别收集洗涤液和洗涤渣。对于收集的洗涤液回收乙醇后可再次用于洗涤；对于收集的洗涤渣，在40 ℃下干燥，即得天然复合絮凝剂产品。
实施例2
一种用中药药渣制备天然复合絮凝剂的方法，具体方法步骤如下：
（1）爆气处理
以中药药渣为原料，先将不锈钢高压反应釜与高压蒸汽发生器连接，组成自制的蒸汽爆破装置。接着再按照中药药渣的质量（g）：不锈钢高压反应釜的体积（mL）比为1：20的比例，将中药药渣加入不锈钢高压反应釜中，然后通入高压蒸汽，直至釜内压力达到4.5 MPa时为止，保持45 min后开启中压蝶阀，进行爆气处理，收集爆气中药药渣。对于收集的爆气中药药渣，用于下一步处理。其中，中药药渣为黄芪渣。
（2）浸提分离
第（1）步完成后，按照第（1）步收集的爆气中药药渣的质量（g）：蒸馏水的体积（mL）比为1：25的比例，将爆气中药药渣分散于蒸馏水中，在搅拌速度为180 r/min，温度为40 ℃的条件下，浸提2.5 h。提取完成后，将浸提混合物泵入压滤机中，在0.25 MPa下，控制滤膜孔径为300目，进行压滤。压滤结束后，分别收集滤过液和滤渣。对于收集的滤渣，用于下一步处理；对于收集的滤过液，泵入反渗透浓缩器中，在0.20 MPa下，进行反渗透浓缩，直到反渗透截留液的体积减少至原体积的25%为止，分别收集反渗透透过液和反渗透截留液。对于收集的反渗透透过液为蒸馏水，可再次用于第（2）步的浸提；对于收集的反渗透截留液，富含水溶性蛋白质、氨基酸、多糖、微量元素等，经冷冻干燥可作为动物饲料添加剂。
（3）阳离子化
第（2）步完成后，先按照3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵：质量分数为25%的NaOH水溶液体积比为1：12的比例，混合均匀得混合液。再按照第（2）步收集的滤渣的质量（g）：混合液的体积（mL）比为1：9的比例，将混合液迅速喷洒到滤渣上，充分混匀。然后再放入微波反应器中，在微波功率为180 W的条件下，反应8 min，反应完成后，收集反应产物，用于下一步处理。
（4）洗涤干燥
第（3）步完成后，将第（3）步收集的反应产物，用无水乙醇洗涤至中性，分别收集洗涤液和洗涤渣。对于收集的洗涤液回收乙醇后可再次用于洗涤；对于收集的洗涤渣，在45 ℃下干燥，即得天然复合絮凝剂产品。
实施例3
一种用中药药渣制备天然复合絮凝剂的方法，具体方法步骤如下：
（1）爆气处理
以中药药渣为原料，先将不锈钢高压反应釜与高压蒸汽发生器连接，组成自制的蒸汽爆破装置。接着再按照中药药渣的质量（g）：不锈钢高压反应釜的体积（mL）比为1：30的比例，将中药药渣加入不锈钢高压反应釜中，然后通入高压蒸汽，直至釜内压力达到6.0 MPa时为止，保持60 min后开启中压蝶阀，进行爆气处理，收集爆气中药药渣。对于收集的爆气中药药渣，用于下一步处理。其中，中药药渣为党参渣。
（2）浸提分离
第（1）步完成后，按照第（1）步收集的爆气中药药渣的质量（g）：蒸馏水的体积（mL）比为1：30的比例，将爆气中药药渣分散于蒸馏水中，在搅拌速度为200 r/min，温度为45 ℃的条件下，浸提3 h。提取完成后，将浸提混合物泵入压滤机中，在0.30 MPa下，控制滤膜孔径为400目，进行压滤。压滤结束后，分别收集滤过液和滤渣。对于收集的滤渣，用于下一步处理；对于收集的滤过液，泵入反渗透浓缩器中，在0.25 MPa下，进行反渗透浓缩，直到反渗透截留液的体积减少至原体积的30%为止，分别收集反渗透透过液和反渗透截留液。对于收集的反渗透透过液为蒸馏水，可再次用于第（2）步的浸提；对于收集的反渗透截留液，富含水溶性蛋白质、氨基酸、多糖、微量元素等，经冷冻干燥可作为动物饲料添加剂。
（3）阳离子化
第（2）步完成后，先按照3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵：质量分数为30%的NaOH水溶液体积比为1：15的比例，混合均匀得混合液。再按照第（2）步收集的滤渣的质量（g）：混合液的体积（mL）比为1：12的比例，将混合液迅速喷洒到滤渣上，充分混匀。然后再放入微波反应器中，在微波功率为200 W的条件下，反应10 min，反应完成后，收集反应产物，用于下一步处理。
（4）洗涤干燥
第（3）步完成后，将第（3）步收集的反应产物，用无水乙醇洗涤至中性，分别收集洗涤液和洗涤渣。对于收集的洗涤液回收乙醇后可再次用于洗涤；对于收集的洗涤渣，在50 ℃下干燥，即得天然复合絮凝剂产品。
以下仅以上述实施例1做试验，通过高岭土模拟污水处理试验例来验证本发明产品的效果。
以市售高岭土配制成浓度为500 mg/L的悬浊液来模拟污水，首先测定其初始浊度；然后在1.0 L模拟污水中加入5.0 mg复合絮凝剂，控制搅拌速度为200 r/min，快速搅拌30 s，使絮凝剂均匀分散；接着再降低搅拌速度至40 r/min，30 min后停止搅拌，静置沉淀30 min，取上清液测其残余浊度。实验结果表明，复合絮凝剂对模拟污水的浊度去除率可达81.7%。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳的实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。