一种污水处理絮凝剂及其制备方法

本发明涉及污水处理，特别涉及一种污水处理絮凝剂及其制备方法。

背景技术：

1、絮凝法是目前最常用的废水处理方法。传统絮凝剂包括无机絮凝剂和有机絮凝剂，无机絮凝剂包括聚铝盐和聚铁盐，有机絮凝剂包括聚丙烯酰胺等合成絮凝剂和壳聚糖等天然絮凝剂。壳聚糖是由甲壳素经脱乙酰基得到的一种聚合多糖，是合成甲壳素过程中脱除一部分乙酰基的自然结果，是天然多糖中唯一的碱性多糖，属于天然的有机高分子絮凝剂。壳聚糖之所以能够具备较强的各种有机化学反应分解能力，是因为其在一个小的分子中可以含有活泼的多种活性基团，可广泛应用食品、农业、纺织和废水处理等众多领域。此外，壳聚糖还有良好的絮凝性能，包括高效的电荷中和以及桥接效应。

技术实现思路

1、为此，本发明提供了一种污水处理絮凝剂，其制备方法为：

2、(1)配置壳聚糖、甘氨酸和乙酸的复合溶液，向所述壳聚糖、甘氨酸和乙酸的复合溶液中加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和n-羟基-丁二酰亚胺，加料完成后搅拌溶液10～20min，然后用稀盐酸调节溶液ph至5.5，将溶液水浴恒温至35±2℃保温10h以上，保温过程中冷凝回流；然后在35±2℃保温搅拌状态下向溶液中滴加氢氧化钠溶液，加料完成后搅拌混合液20～30min形成沉淀物，固液分离，固相用去离子水洗涤3次以上，80℃烘干1h以上，获得一次改性产物；

3、(2)配置环氧氯丙烷的乙醇溶液，环氧氯丙烷的乙醇溶液水浴恒温至35±2℃保温，保温搅拌过程中将所述一次改性产物分散在所述环氧氯丙烷的乙醇溶液中形成悬液，加料完成后继续35±2℃保温搅拌所述悬液16h以上，然后在搅拌状态下向悬液中加入n,n-二甲基1,3-丙二胺和2-(7-偶氮苯并三氮唑)-n,n,n',n'-四甲基脲六氟磷酸酯，加料完成后将所述悬液水浴升温至60±3℃，到温后保温搅拌4～5h，然后空冷至常温，固液分离，固相用乙醇和去离子水各洗涤3次，80℃烘干30min以上，获得二次改性产物；

4、(3)将所述二次改性产物分散在去离子水中形成水悬液，向所述水悬液中加入3-氯-1,2-丙二醇，加料完成后搅拌所述水悬液10～20min，然后在搅拌状态下向水悬液中加入盐酸，加料完成后搅拌3～4h，然后固液分离，固相用去离子水洗涤3次以上，80℃烘干30min以上，获得壳聚糖改性产物；

5、(4)将纳米四氧化三铁粉末分散在甲苯中形成甲苯悬液，搅拌所述甲苯悬液，搅拌状态下向所述甲苯悬液中加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，加料完成后加热煮沸悬液15h以上，加热过程中冷凝回流，然后停止加热，空冷至常温，固液分离，固相用乙醇洗涤3次以上，80℃烘干3h以上；烘干后的固相再次分散在n,n-二甲基甲酰胺中形成二次悬液，搅拌所述二次悬液，搅拌过程中向二次悬液中加入丁二酸酐，加料完成后搅拌悬液15h以上，然后固液分离，固相用乙醇洗涤3次以上，80℃烘干3h以上，获得四氧化三铁改性产物；

6、(5)将所述壳聚糖改性产物分散在去离子水中形成悬浊液，搅拌所述悬浊液，搅拌状态下向所述悬浊液中加入所述四氧化三铁改性产物，加料完成后将所述悬浊液置于超声波环境下超声搅拌20min以上，然后固液分离，固相50℃环境下烘干6h以上，获得所述污水处理絮凝剂。

7、进一步地，所述步骤(1)中，所述壳聚糖、甘氨酸和乙酸的复合溶液中，壳聚糖的浓度为0.9～1g/100ml，甘氨酸的浓度为1～2g/100ml，乙酸的质量百分含量为1.6％～2％，溶剂为水；所述1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和n-羟基-丁二酰亚胺的加入质量与所述壳聚糖、甘氨酸和乙酸的复合溶液量比为1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐：n-羟基-丁二酰亚胺：壳聚糖、甘氨酸和乙酸的复合溶液＝1.8～2.0g：0.9～1.3g：200ml。

8、进一步地，所述步骤(1)中，所述稀盐酸中溶质的浓度为0.1～0.2mol/l；所述氢氧化钠溶液中氢氧化钠的浓度为0.8～1.4mol/l，溶剂为水；滴加氢氧化钠溶液的体积与所述壳聚糖、甘氨酸和乙酸的复合溶液的体积比为1:1。

9、进一步地，所述步骤(2)中，环氧氯丙烷的乙醇溶液中，环氧氯丙烷的体积百分含量为5％～6％；所述一次改性产物分散在所述环氧氯丙烷的乙醇溶液中的固液质量比为固/液＝1:100；所述n,n-二甲基1,3-丙二胺和2-(7-偶氮苯并三氮唑)-n,n,n',n'-四甲基脲六氟磷酸酯的加入质量与所述悬液中一次改性产物的质量比为n,n-二甲基1,3-丙二胺：2-(7-偶氮苯并三氮唑)-n,n,n',n'-四甲基脲六氟磷酸酯：一次改性产物＝2～4:1:10。

10、进一步地，所述步骤(3)中，所述二次改性产物分散在去离子水中形成水悬液的固液质量比为1:100；所述3-氯-1,2-丙二醇和盐酸的加入量与所述水悬液中二次改性产物的量比为3-氯-1,2-丙二醇：盐酸：二次改性产物＝6～8g:2～3ml:1g；所述盐酸中溶质的质量百分含量为40％。

11、进一步地，所述步骤(4)中，所述纳米四氧化三铁粉末分散在甲苯中的固液质量比为固/液＝1:300；所述3-氨丙基三乙氧基硅烷的加入质量与所述甲苯悬液中纳米四氧化三铁粉末质量比为3-氨丙基三乙氧基硅烷：纳米四氧化三铁粉末＝16～20:1。

12、进一步地，所述步骤(4)中，固相分散在n,n-二甲基甲酰胺中的固液质量比为固/液＝1:300；丁二酸酐的加入质量与所述二次悬液中固相的质量比为丁二酸酐：固相＝2～3:1。

13、进一步地，所述步骤(5)中，所述壳聚糖改性产物分散在去离子水中的质量比为壳聚糖改性产物：去离子水＝1:100；向所述悬浊液中加入所述四氧化三铁改性产物的质量与所述壳聚糖改性产物的质量比为四氧化三铁改性产物：壳聚糖改性产物＝0.6～1.2:1。

14、进一步地，所述超声波功率为200～300w，超声频率为20～30khz。

15、本发明的技术原理在于：首先在壳聚糖表面引入大分子活性基团结构，提高絮凝剂对污水中大颗粒污染物和重金属离子的吸附力和络合作用；同时分别对壳聚糖和纳米四氧化三铁改性处理，一方面提高了壳聚糖和四氧化三铁颗粒的结合强度，另一方面两者的结合为絮凝剂整体表面提供了更多的配位官能团，对污水中的颗粒和离子表现出更强的吸附络合效果。

16、本发明的有益效果在于：本发明所述方法制备的絮凝剂对污水中重金属具有良好的吸附脱除效果，且处理操作工序简单，所需的脱除时间短，污水重金属净化效率高，具有较高的应用价值。

技术特征：

1.一种污水处理絮凝剂，其特征在于，制备方法为：

2.根据权利要求1所述的一种污水处理絮凝剂，其特征在于，所述步骤(1)中，所述壳聚糖、甘氨酸和乙酸的复合溶液中，壳聚糖的浓度为0.9～1g/100ml，甘氨酸的浓度为1～2g/100ml，乙酸的质量百分含量为1.6％～2％，溶剂为水；所述1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和n-羟基-丁二酰亚胺的加入质量与所述壳聚糖、甘氨酸和乙酸的复合溶液量比为1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐：n-羟基-丁二酰亚胺：壳聚糖、甘氨酸和乙酸的复合溶液＝1.8～2.0g：0.9～1.3g：200ml。

3.根据权利要求1所述的一种污水处理絮凝剂，其特征在于，所述步骤(1)中，所述稀盐酸中溶质的浓度为0.1～0.2mol/l；所述氢氧化钠溶液中氢氧化钠的浓度为0.8～1.4mol/l，溶剂为水；滴加氢氧化钠溶液的体积与所述壳聚糖、甘氨酸和乙酸的复合溶液的体积比为1:1。

4.根据权利要求1所述的一种污水处理絮凝剂，其特征在于，所述步骤(2)中，环氧氯丙烷的乙醇溶液中，环氧氯丙烷的体积百分含量为5％～6％；所述一次改性产物分散在所述环氧氯丙烷的乙醇溶液中的固液质量比为固/液＝1:100；所述n,n-二甲基1,3-丙二胺和2-(7-偶氮苯并三氮唑)-n,n,n',n'-四甲基脲六氟磷酸酯的加入质量与所述悬液中一次改性产物的质量比为n,n-二甲基1,3-丙二胺：2-(7-偶氮苯并三氮唑)-n,n,n',n'-四甲基脲六氟磷酸酯：一次改性产物＝2～4:1:10。

5.根据权利要求1所述的一种污水处理絮凝剂，其特征在于，所述步骤(3)中，所述二次改性产物分散在去离子水中形成水悬液的固液质量比为1:100；所述3-氯-1,2-丙二醇和盐酸的加入量与所述水悬液中二次改性产物的量比为3-氯-1,2-丙二醇：盐酸：二次改性产物＝6～8g:2～3ml:1g；所述盐酸中溶质的质量百分含量为40％。

6.根据权利要求1所述的一种污水处理絮凝剂，其特征在于，所述步骤(4)中，所述纳米四氧化三铁粉末分散在甲苯中的固液质量比为固/液＝1:300；所述3-氨丙基三乙氧基硅烷的加入质量与所述甲苯悬液中纳米四氧化三铁粉末质量比为3-氨丙基三乙氧基硅烷：纳米四氧化三铁粉末＝16～20:1。

7.根据权利要求1所述的一种污水处理絮凝剂，其特征在于，所述步骤(4)中，固相分散在n,n-二甲基甲酰胺中的固液质量比为固/液＝1:300；丁二酸酐的加入质量与所述二次悬液中固相的质量比为丁二酸酐：固相＝2～3:1。

8.根据权利要求1所述的一种污水处理絮凝剂，其特征在于，所述步骤(5)中，所述壳聚糖改性产物分散在去离子水中的质量比为壳聚糖改性产物：去离子水＝1:100；向所述悬浊液中加入所述四氧化三铁改性产物的质量与所述壳聚糖改性产物的质量比为四氧化三铁改性产物：壳聚糖改性产物＝0.6～1.2:1。

9.根据权利要求1所述的一种污水处理絮凝剂，其特征在于，所述超声波功率为200～300w，超声频率为20～30khz。

技术总结
本发明公开了一种污水处理絮凝剂，其制备方法为：(1)对壳聚糖进行改性处理，获得一次改性产物；(2)进一步对所述一次改性产物进行处理，获得二次改性产物；(3)获得壳聚糖改性产物；(4)对纳米四氧化三铁粉末进行处理获得四氧化三铁改性产物；(5)将所述壳聚糖改性产物和四氧化三铁改性产物结合，获得所述污水处理絮凝剂。本发明所述方法制备的絮凝剂对污水中重金属具有良好的吸附脱除效果，且处理操作工序简单，所需的脱除时间短，污水重金属净化效率高，具有较高的应用价值。

技术研发人员：李林,康琦,唐艳萍,周佳华
受保护的技术使用者：江西师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16