专利名称：联合使用甲壳胺和海藻酸处理废水的方法
技术领域：
本发明涉及环境治理领域，具体涉及一种联合使用甲壳胺和海藻酸处理废水的方法。
背景技术：
甲壳素(又称甲壳质、几丁质、壳蛋白、蟹壳素)，是纤维素之后的第二大天然高分子材料，其化学结构为(1，4)-2-乙酰胺基-2-脱氧-β-D-葡聚糖。甲壳胺(又称壳聚糖)，是甲壳素经脱乙酰基后得到的一种高分子胺基多糖，其分子结构为(1，4)-2-胺-2-脱氧-β-D-葡聚糖。甲壳胺可以在稀酸中溶解后形成溶液。
甲壳胺溶液是一种良好的絮凝剂，已经被用来处理含蛋白质、染料、氨基酸等杂质的废水。甲壳胺溶液也可以被用来捕集重金属离子[工业水处理，1996，16(2)1-2]。由于甲壳胺分子中含有胺基，作为一个线性聚胺，当它在酸性介质中溶解以后，随着胺基的质子化，即表现出阳离子聚合电解质的性质。它不仅能吸附溶于或悬浮于水中的带负电荷微粒，还能与许多重金属离子螯合。这类高分子材料已经在废水处理上得到了广泛的应用，它可以把Cu2+、Cd2+、Ag+、Zn2+、Pb2+、Fe3+、Mn2+等金属离子从废水中去除。由于其分子结构中富含活性很强的胺基和羟基，甲壳胺对染料也具有较强的吸附性能，可以用来处理含染料的印染废水。
海藻酸是从天然海藻内提取的一种酸性多糖，它广泛存在于棕藻之中。干燥的棕藻一般含有约20％的海藻酸，在收获海藻之后，海藻酸的提取过程包括水洗、磨碎，然后用碱溶液溶解藻体内的海藻酸。经过进一步的分离与过滤，从海藻内提取出的海藻酸在经过干燥和磨碎后形成水溶性的海藻酸钠粉末。海藻酸钠能缓缓溶于水后形成粘稠液体。海藻酸钠可以和二价金属离子结合成不溶于水的盐。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于通过联合使用甲壳胺和海藻酸提高甲壳胺净化废水的能力。
本发明公开的联合使用甲壳胺和海藻酸钠处理废水的方法是先将待处理的废水分别与甲壳胺的稀酸溶液和海藻酸钠的水溶液混合，然后再把二种混合溶液合并，充分搅拌，使甲壳胺和海藻酸钠结合产生沉淀，过滤，即得。在甲壳胺和海藻酸钠结合产生沉淀的同时，其所吸附的杂质也随之包裹在沉淀中，可方便地从废水中分离。
本发明所述稀酸溶液是指浓度为0.1-5.0％的醋酸溶液或其他有机和无机酸溶液，优选浓度为0.5％。甲壳胺稀酸溶液中甲壳胺的浓度为0.1-5.0％，优选浓度为1.0％；海藻酸钠水溶液中海藻酸钠的浓度为0.1-5.0％，优选浓度为1.0％；甲壳胺和海藻酸钠的重量比为1-3∶1-3，优选重量比为1∶1。甲壳胺稀酸溶液和海藻酸钠水溶液的加入量可根据废水中所含的杂质量确定。
本发明所述的浓度除特殊说明外均指100ml中溶质的克数。
图1显示了本发明公开的联合使用甲壳胺和海藻酸钠处理废水的方法的示意图。
由于甲壳胺是一种阳离子型聚合电解质，是一种碱性多糖，在水溶液中电离为R-NH3+后其高分子结构在水溶液中带正电。海藻酸钠是一种酸性可溶性聚合电解质，在水溶液中电解生成R-COO-后其高分子结构在水溶液中带负电。两者混合后由于正负电相吸可以生成大分子化合物沉淀。
本发明公开的联合使用甲壳胺和海藻酸钠处理废水的方法在单独使用甲壳胺的基础上结合了甲壳胺和海藻酸钠这二种天然高分子材料的特性。甲壳胺的稀酸溶液可以很方便地被分散在废水中后与各种杂质充分结合。同样地，海藻酸钠的水溶液也可以很方便地被分散在废水中。当二种溶液混合后，带正电的甲壳胺和带负电的海藻酸钠互相沉淀后使二者所吸附的杂质随二种高分子的沉淀而从水中分离。
本发明公开的联合使用甲壳胺和海藻酸钠处理废水的方法使用了二种可再生的天然高分子材料。它们无毒、无污染，来源方便，均以海洋生物为资源，在我国有丰富的自然来源。两者选择性好，对大量存在的轻金属离子如K+、Na+、Mg2+等不吸附或弱吸附，因此在处理重金属离子污染方面有广阔的应用前景。
受重金属离子污染的废水是一个日益严重的环保问题。重金属离子主要来自金属矿山矿坑内排水、废石场淋浸水、选矿厂尾矿排水、有色金属冶炼厂除尘洗水、有色金属加工厂酸洗水、电镀厂镀件洗涤水、钢铁工业酸洗水以及金属电解、农药、医药、油漆、颜料生产等企业。废水中常见的重金属离子有汞、镉、铬、铅、砷、铜、锌、硒、镍、钴、锰、钛、钒、钼、锑、铋等。它们不能被生物降解为无害物，排入水体后，除部分为水生生物、鱼类吸收外，大部分均沉积于水体底部。水体为重金属污染后，危害的时间将很长。某些重金属及其化合物由于毒性较大，对水体中鱼类及水生生物和农作物造成严重的危害。通过饮水和食物链的作用，重金属可在人体内富集而产生中毒以至死亡。
本发明公开的联合使用甲壳胺和海藻酸钠处理废水的方法对含重金属离子的废水特别有效。当甲壳胺的稀酸溶液和海藻酸钠的水溶液分别和废水溶液混合后，甲壳胺可以通过螯合吸附重金属离子，而海藻酸钠也可以通过形成不溶于水的盐结合重金属离子。在把二种处理液混合后甲壳胺和海藻酸钠互相沉淀后与溶液分离，其所吸附的重金属离子可以方便地从废水中分离。
同时本发明方法还适用于处理含染料的废水。由于甲壳胺的高分子结构中有带正电的胺基，而海藻酸钠的高分子结构中有带负电的羧酸基团，联合使用甲壳胺和海藻酸钠对许多种类的染料有很强的吸附性能。在把二种处理液混合后甲壳胺和海藻酸钠互相沉淀后与溶液分离，其所吸附的染料可以方便地从废水中分离。
下面通过实例对本发明作进一步的描述。
图1使用甲壳胺和海藻酸钠处理废水的方法示意图其中1为废水，A+1为甲壳胺酸溶液加废水，B+1为海藻酸钠溶液加废水，2为上清液，3为絮凝沉淀。
具体实施例方式实施例1、称取10克甲壳胺溶于1升0.5％乙酸水溶液后得到10克/升的甲壳胺溶液，称取10克海藻酸钠溶于1升水得到10克/升的海藻酸钠溶液。称取19.5克CuSO4·5H2O晶体溶于5升水中，即得浓度为1000ppm的CuSO4模拟废水溶液。在5个250毫升烧杯中各加入100毫升废水溶液，分别加入0、10、25、50、100毫升的甲壳胺溶液。在另外5个250毫升烧杯中各加入100毫升废水溶液，按海藻酸∶甲壳胺＝1∶1的比例，分别加入0，5+5，12.5+12.5，25+25，50+50毫升的甲壳胺溶液和海藻酸钠溶液。室温下振荡搅拌均匀后，静置24小时后过滤，用原子吸收分光光度仪测定滤液中的铜离子含量。
下列表中显示了在单独使用甲壳胺和联合使用甲壳胺和海藻酸钠处理含铜离子废水时观察到的实验现象。
下列表中显示了在单独使用甲壳胺和联合使用甲壳胺和海藻酸钠处理含铜离子废水时测得的铜离子浓度和去除率。
实施例2、称取10克甲壳胺溶于1升0.5％乙酸水溶液得到10克/升的甲壳胺溶液，称取10克海藻酸钠溶于1升水得到10克/升的海藻酸钠溶液。称取1.5682克AgNO3溶于1升水中得到1000ppm的AgNO3溶液。在2个250毫升的烧杯中各加入100毫升的AgNO3溶液，在一个烧杯中加入25毫升的甲壳胺溶液，在另一个烧杯中加入12.5毫升的甲壳胺溶液和12.5毫升的海藻酸钠溶液。室温下振荡搅拌均匀后，静置24小时后过滤，用原子吸收分光光度仪测定滤液中的银离子含量。
下列表中显示了在单独使用甲壳胺和联合使用甲壳胺和海藻酸钠处理含银离子废水时测得的银离子浓度和去除率。
实施例3、称取10克甲壳胺溶于1升0.5％乙酸水溶液得到10克/升的甲壳胺溶液，称取10克海藻酸钠溶于1升水得到10克/升的海藻酸钠溶液。用酸性铬兰K染料配制1克/升的原始溶液，再由该溶液稀释后配制浓度为20毫克/升的单一染料模拟废水。在室温条件下，各取100毫升含染料废水置于3个250毫升烧杯中，分别加入0、1、2毫升的甲壳胺溶液。在另外3个250毫升烧杯中各取100毫升含染料废水，分别加入0、1、2毫升的海藻酸钠溶液。搅拌均匀后将两溶液相互混合，在磁力搅拌器上以100r/min的搅拌速度进行搅拌，观察其脱色情况，1小时后过滤，在分光光度计上测定滤液的吸光度和透光率。
下列表中显示了在联合使用甲壳胺和海藻酸钠处理含酸性铬兰K染料废水时测得的吸光度、透光率和脱色率。
注在把甲壳胺溶液和海藻酸钠溶液加入废水中后没有沉淀产生，单独使用甲壳胺溶液和海藻酸钠溶液无脱色效果。
权利要求
1.一种联合使用甲壳胺和海藻酸钠处理废水的方法，其特征在于该方法是先将待处理的废水分别与甲壳胺的稀酸溶液和海藻酸钠的水溶液混合，然后再把二种混合溶液合并，充分搅拌，使甲壳胺和海藻酸钠结合产生沉淀，过滤，即得。
2.根据权利要求1所述的联合使用甲壳胺和海藻酸钠处理废水的方法，其特征在于其中所述的稀酸溶液是指浓度为0.1-5.0％的醋酸溶液。
3.根据权利要求1所述的联合使用甲壳胺和海藻酸钠处理废水的方法，其特征在于其中所述的稀酸溶液是指浓度为0.5％的醋酸溶液。
4.根据权利要求1所述的联合使用甲壳胺和海藻酸钠处理废水的方法，其特征在于其中所述的甲壳胺稀酸溶液中甲壳胺的浓度为0.1-5.0％。
5.根据权利要求1所述的联合使用甲壳胺和海藻酸钠处理废水的方法，其特征在于其中所述的海藻酸钠水溶液中海藻酸钠的浓度为0.1-5.0％。
6.根据权利要求1所述的联合使用甲壳胺和海藻酸钠处理废水的方法，其特征在于其中所述的甲壳胺和海藻酸钠的重量比为1-3∶1-3。
7.根据权利要求1所述的联合使用甲壳胺和海藻酸钠处理废水的方法，其特征在于其中所述的甲壳胺和海藻酸钠的重量比为1∶1。
8.根据权利要求1所述的联合使用甲壳胺和海藻酸钠处理废水的方法，其特征在于其中所述废水是含重金属离子废水和含染料废水。
全文摘要
本发明涉及一种联合使用甲壳胺和海藻酸钠处理废水的方法。该方法将在溶液中带正电的甲壳胺和在溶液中带负电的海藻酸钠分别与废水混合，然后再把二种混合溶液合并，充分搅拌，使甲壳胺和海藻酸钠结合产生沉淀，过滤，同时将其所吸附的杂质包裹在沉淀中，方便地从废水中分离。本发明公开的联合使用甲壳胺和海藻酸钠处理废水的方法使用了二种可再生的天然高分子材料，它们无毒、无污染，来源方便，均以海洋生物为资源，在我国有丰富的自然来源。特别适用处理含重金属离子和含染料的废水。
文档编号C02F1/52GK1727288SQ200410053318
公开日2006年2月1日 申请日期2004年7月30日 优先权日2004年7月30日
发明者秦益民 申请人:秦益民