用于水净化的絮凝剂及其制备方法

本发明属于絮凝剂，具体涉及用于水净化的絮凝剂及其制备方法。

背景技术：

1、随着人类对饮用水水质安全意识的日益提高，水体的毒性及风险已替代传统的浓度指标更加受到关注。在过去的一百年里，通过水处理技术产生的达标水和再生水(reclaimed water)分别能够满足环境接纳以及部分利用。然而，近些年人类对于满足水资源、水生态健康指标的新生水(newater)的需求日趋强烈。

2、完整的水处理工艺包括沉降、曝气、絮凝、吸附、离子交换、膜过滤等一系列的单级操作过程。通常，上游工艺(主要包括沉降、絮凝)操作弹性更高、适用于大批量处理且成本更低，而下游工艺(如离子交换和膜分离法)往往成本较高且无可替代。

3、其中，絮凝(或混凝)是一种有效降低水体中污染物浓度的工艺，其通常被认为是一种简单、高效且可升级的技术。絮凝的关键在于絮凝剂，常规的絮凝剂通过电荷中和、吸附架桥以及网补卷积等方式与污染物结合使其失稳并聚集沉降。在实践中，絮凝仅仅被作为高级水处理的预处理步骤以分离水体的固体悬浮物以及部分溶解有机物。对于地表水或废水处理的二级流出物，受污染物浓度限制，传统絮凝剂在进一步去除污染物，特别是有机组分上的性能却并不令人满意。这导致的结果是增大高级水处理的负荷或带来次生风险，如膜污染或产生消毒前体(如三氯甲烷)。另外，传统絮凝剂(混凝剂)还可能存在污泥问题以及残留问题，对人体和自然环境产生次生危害。因此，具备单级高效去除广谱污染物能力且更安全的絮凝剂将是一种令人感兴趣的材料。

4、一般认为絮凝剂的电荷密度以及分子量是影响其絮凝性能最关键的两个因素，因此传统的絮凝剂设计主要侧重于提升絮凝剂的电荷密度及分子量。然而，分子结构对于絮凝剂与污染物的亲和力从来未被深入且系统地研究。许多研究表明，相较于简单的低聚物结构(如聚合氯化铝，pac)以及线型聚合物结构(如聚丙烯酰胺，pam)，分子构型更为复杂且立体的絮凝剂，如梳状或星状结构能够更轻易且牢固地捕获污染物。

5、申请公告号为cn109280174a的发明专利公开了一种超支化木质素接枝阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备方法，该超支化木质素接枝阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂使用丙烯酰胺和阳离子共单体为原料制备预聚物，再将预聚物与木质素混合溶液碱液制备得到，但是丙烯酰胺单体存在毒性，降解后可能存在此生危害，不符合绿色安全理念，且丙烯酰胺聚合过程中部分酰胺基水解成羟基，使得聚丙烯酰胺支链带负电荷，这对于大多数污染物均会产生静电排斥作用，反而会降低絮凝效果，且极易受ph的影响而发生性能波动。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于水净化的絮凝剂以解决现有的絮凝剂制备时原料存在毒性，不符合绿色安全理念以及絮凝剂的絮凝效果受到ph影响的技术问题。

2、本发明的第二个目的是提供一种用于水净化的絮凝剂的制备方法。

3、为了实现以上目的，本发明采取的技术方案为：

4、用于水净化的絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

5、1)以二甲基二烯丙基氯化铵为原料，在水中通过热引发自由基聚合制备阳离子聚合物；

6、2)将阳离子聚合物和木质素溶于碱液中搅拌，升温至55～70℃反应3.5～5h，即得用于水净化的絮凝剂。

7、进一步的，步骤1)所述的阳离子聚合物的制备方法为：将二甲基二烯丙基氯化铵水溶液放入水中，加热并在反应容器中通入惰性气体，随后加入链转移剂、引发剂，密封反应后，即得。

8、进一步的，所述二甲基二烯丙基氯化铵水溶液、引发剂、木质素的质量比为16～26：0.15～0.2：1.5～3，每g所述二甲基二烯丙基氯化铵水溶液对应2.8～4μl的链转移剂，所述水与二甲基二烯丙基氯化铵水溶液的质量比为17～12：8～13。

9、进一步的，所述阳离子聚合物制备的反应温度为55～70℃，反应时间为4～6h。

10、进一步的，所述链转移剂为对氯苯乙烯，所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。

11、进一步的，步骤2)所述的用于水净化的絮凝剂的制备方法为，将所述木质素加入所述阳离子聚合物中，使用所述碱液调节ph至10～11，搅拌升温后得到粗产物，提纯即得。

12、进一步的，所述碱液为氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液的浓度为1m。

13、进一步的，所述提纯的方法为，将所述粗产品使用3～5倍体积的无水乙醇洗涤2～3次。

14、进一步的，所述木质素为亚硫酸盐法制浆的副产物硫酸盐木质素。

15、一种用于水净化的絮凝剂，采用上述的用于水净化的絮凝剂的制备方法制备得到。

16、本发明的有益效果：

17、本发明的用于水净化的絮凝剂(hbf)的多支链离子两亲性结构，通过其阳离子支链以及木质素阴离子内核的协同作用，能够更有效地捕获多种污染物，使得hbf不仅具备在地表水预处理层面上降低污染物残留的能力，同时对于高浓度工业废水，也具备低量高效的理想效果。

18、本发明的硫酸盐木质素(kl)来源于亚硫酸盐法制浆的副产物，具备廉价、无毒且易于修饰的特点，kl天然的芳香聚合物两亲性结构赋予了kl独特的溶液性质，能够广泛捕获天然/合成型有机物。二甲基二烯丙基氯化铵水溶液是一种高电荷密度阳离子单体，具有稳定、低毒且易聚合形成五元环空间结构的特点。

19、传统的水处理中，除浊和灭菌是两个独立且必要的步骤，但是本发明的用于水净化的絮凝剂的应用有希望解决杀菌和消毒剂残留问题，并且简化操作工艺。另外，本申请中的hbf杀菌效率可以分别达到96.1％(大肠杆菌)和100％(金黄色葡萄球菌)，这是商业絮凝剂无可比拟的。

技术特征：

1.用于水净化的絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的用于水净化的絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的阳离子聚合物的制备方法为：将二甲基二烯丙基氯化铵水溶液放入水中，加热并在反应容器中通入惰性气体，随后加入链转移剂、引发剂，密封反应后，即得。

3.根据权利要求2所述的用于水净化的絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述二甲基二烯丙基氯化铵水溶液、引发剂、木质素的质量比为16～26：0.15～0.2：1.5～3，每g所述二甲基二烯丙基氯化铵水溶液对应2.8～4μl的链转移剂。

4.根据权利要求1或2所述的用于水净化的絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述阳离子聚合物制备的反应温度为55～70℃，反应时间为4～6h。

5.根据权利要求1或2所述的用于水净化的絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述链转移剂为对氯苯乙烯，所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。

6.根据权利要求1所述的用于水净化的絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的用于水净化的絮凝剂的制备方法为，将所述木质素加入所述阳离子聚合物中，使用所述碱液调节ph至10～11，搅拌升温后得到粗产物，提纯即得。

7.根据权利要求1或6所述的用于水净化的絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述碱液为氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液的浓度为1m。

8.根据权利要求6所述的用于水净化的絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述提纯的方法为，将所述粗产品使用3～5倍体积的无水乙醇洗涤2～3次。

9.根据权利要求1所述的用于水净化的絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述木质素为亚硫酸盐法制浆的副产物硫酸盐木质素。

10.一种用于水净化的絮凝剂，其特征在于，采用权利要求1所述的用于水净化的絮凝剂的制备方法制备得到。

技术总结
本发明涉及一种用于水净化的絮凝剂及其制备方法，属于絮凝剂技术领域。该用于水净化的絮凝剂的制备方法包括：以二甲基二烯丙基氯化铵为原料制备阳离子聚合物；将阳离子聚合物和木质素溶于碱液中搅拌，升温至55～70℃反应3.5～5h，即得用于水净化的絮凝剂。本发明的HBF的多支链离子两亲性结构，通过其阳离子支链以及木质素阴离子内核的协同作用，能够更有效地捕获多种污染物，使得HBF不仅具备在地表水预处理层面上降低污染物残留的能力，同时对于高浓度工业废水，也具备低量高效的理想效果。

技术研发人员：李浩,吴畏,齐俊杰,方静,黎钢
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4