专利名称：一种污水处理剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种污水处理剂。更具体地说，本发明涉及一种新型的纳米膨润土污水处理材料以及该新型的纳米膨润土作为处理污水的综合处理剂的用途。所述的新型纳米膨润土材料是无机纳米膨润土。
背景技术：
现有的工业、城市废水处理方法有物理处理法、化学处理法和生物处理法。物理处理法是最原始最简单的水处理法，其通过物理分离作用回收污水中的不溶解的悬浮污染物。这种分离作用可分为重力分离、离心分离和筛滤截留分离。这种方法只能作一些简单的废水处理，但处理很不完全，难以达到排放标准。
化学处理方法是用投放的药剂处理污染物，其中包括中和、絮凝、氧化还原等操作。目前已有用天然膨润土处理污水的相关报道。天然膨润土是一种以天然蒙脱石为主要成分的粘土，外观呈灰绿色、黄色或粉红色，属21构型3层结构的粘土矿物，单位晶胞由2层硅氧四面体中间夹1层铝氧八面体组成。四面体与八面体依靠共同氧原子连结，形成厚0.96nm，宽厚比约100-1000，高度有序的准二维晶片，晶胞平行叠置。蒙脱石中的同晶置换现象极为普遍，晶格中Si4+、AL3+被其它低价离子取代，单位晶层有较多负电荷，吸附等电量阳离子来维持电平衡。因此，具有很好的离子交换能力，天然膨润土的阳离子总交换容量为30-150mmol/100g；同时膨润土具有较大的比表面积，比表面积可达750m2/g，使其具有较好的吸附能力。但既使是这样，用现有的天然膨润土处理污水的效果并不理想，原因是其吸附能力仍有限，絮凝效果不好，处理范围窄，对有机物多的废水无能为力。
生物处理法是通过微生物的代谢作用使污水中溶解、胶体和悬浮状态的有机污染物转化为稳定的无害物。但该方法设备投资大，运行成本高，而且难以去除重金属离子，冬季也不适宜操作。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有技术的不足，提供一种污水处理剂，其主要包括一种新型的纳米膨润土材料，该新型的纳米膨润土具有超强的综合处理作用，由于这种新型的纳米膨润土粒径很小，表面原子数很多且原子配位严重不足，因此具有很高活性，其比表面积很大，吸附能力特别强，对无机和有机污染物均有很强的去除能力。
本发明的一方面，提供了一种污水处理剂。
本发明的另一方面，提供了该新型纳米膨润土作为处理污水的综合处理剂的用途。
本发明的技术方案一种污水处理剂，按该污水处理剂的总重量计，其包含0.001-100％重量新型纳米膨润土和0-99.999％重量分散剂，所述新型纳米膨润土具有零维纳米尺寸，粒径为1-100nm，在紫外光250-350nm处有选择性吸收，吸收度达到99％以上，所述新型纳米膨润土由以下原料按步骤(1)-(6)制备而成按原料总重量计，1-96％重量膨润土原矿，0.5-10％重量选自季铵盐阳离子表面活性剂、碳酸锂或碳酸钠的改型剂，0-20％重量碱性活化剂，0-20％重量质子化剂和0-90％重量选自去离子水、乙醇、乙二醇或水溶性高分子聚合物的悬浮分散剂；步骤(1)在膨润土原矿中加入改型剂，在常温、常压下进行改型处理；(2)在改型处理后的膨润土中加入悬浮分散剂，将其分散、悬浮；(3)加入碱性活化剂，充分搅拌10-120分钟，进行活化处理，之后加入质子化剂，充分搅拌10-60分钟；(4)将活化的膨润土在1000-11000r/分钟转速下高速剪切5-240分钟，得到小尺寸的膨润土液；(5)将小尺寸的膨润土液在2000-15000r/分钟转速下离心处理5-120分钟，制得纳米膨润土液；(6)将纳米膨润土液在10-250℃温度下浓缩或干燥1-30小时，得到所述的新型纳米膨润土。
本发明的新型纳米膨润土是一种无机纳米膨润土，其具有零维纳米尺寸，粒径为1-100nm，优选1-30nm，最优选为5-10nm。其具有很大的比表面积，大约在＞800m2/g，其表面原子数很多且原子配位严重不足，因此具有很高的活性，很容易与其他原子结合，在吸附污染物后迅速沉降。按所述污水处理剂的总重量计，新型纳米膨润土的含量为0.001-100％，优选为0.1-15％，最优选为0.1-5％。本发明的新型纳米膨润土在250-350nm紫外光处有选择性吸收，大约在300nm紫外光处有最大吸收，其吸收峰的顶点相对于膨润土原矿吸收峰的顶点存在蓝移现象，蓝移范围30-80nm。本发明的新型纳米膨润土具有超强的综合处理作用，稳定性好，复原性好，分散性好，无“团聚”现象，可长期保存。
本发明污水处理剂中所用的分散剂为水和水溶性高分子聚合物，所述的水溶性高分子聚合物可选自聚丙烯酰胺或聚丙烯酸。本发明中所用的分散剂可选自水、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸中的一种或多种。按所述污水处理材料的总重量计，其含量为0-99.999％，优选为65％-99.9％，最优选为8 0％-99％。该分散剂能防止纳米膨润土团聚，使纳米膨润土发挥更好的综合处理污水的作用。
在制备新型纳米膨润土中所使用的改型剂季铵盐阳离子表面活性剂可以是现有技术中常规使用的任何季铵盐型阳离子表面活性剂，其分子式为R1R2R3R4N+X-，其中R1为碳原子数12-60的长链烷基，R2为碳原子数1-22的芳基或烷基，R3为碳原子数2-8的羟基取代的烷基或芳基，R4是与R2或R3相同的基团，X-为Cl-、Br-、I-、NO2-、OH-、CH3SO4-或C2H3O2-。优选的季铵盐阳离子表面活性剂为十八烷基二甲基苄基氯化铵、双十八烷基二甲基苄基氯化铵、十八烷基甲基苄基羟乙基硝酸铵、十八烷基甲基苄基羟乙基氯化铵、十二烷基异丁基苄基羟丙基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵。
在制备新型纳米膨润土中所使用的悬浮分散剂可以是去离子水、乙醇、乙二醇或水溶性高分子聚合物，所述的水溶性高分子聚合物可以为聚丙烯酰胺或聚丙烯酸。所述的碱性活化剂包括氢氧化钠、碳酸钠、乙醇胺等。所述的质子化剂包括硫酸、盐酸、冰乙酸等。
本发明的污水处理剂，在使用时，按污水的总重量计，含量为0.001-30％，优选为0.005-15％，最优选为0.01-10％。
本发明的污水处理剂还可包含其它选择性组份，诸如杀菌剂，漂白剂、防腐剂等，与其它絮凝剂复合使用，效果更佳。
本发明的污水处理剂对各种污水、城市污水厂二级处理出水、自来水、地下水等中及有害物质进行超强吸附后，能够迅速沉降，达到处理和排放标准。本发明的污水处理剂无毒副作用、无污染，处理作用具有安全性。
图1是本发明新型纳米膨润土与膨润土原矿紫外-可见吸收曲线对比图。
图2是膨润土原矿的粒径分布图。
图3是本发明的新型纳米膨润土的粒径分布图。
具体实施例方式
以下采用实施例具体说明本发明的污水处理剂，其只是用于说明本发明，并不限制本发明的范围。
实施例1制备新型纳米膨润土(1)取膨润土原矿100克，加入5克十八烷基二甲基苄基氯化铵，采用挤压操作进行改型处理；(2)改型后的膨润土中加入800克去离子水，将其分散、悬浮；(3)加入10克氢氧化钠，充分搅拌100分钟进行活化处理，之后加入10克硫酸，充分搅拌60分钟；(4)将活化的膨润土在8000r/分钟转速下高速剪切200分钟，得到小尺寸的膨润土液；(5)将小尺寸的膨润土液在10000r/分钟转速下离心处理100分钟，制得纳米膨润土液；(6)将纳米膨润土液在100℃温度下浓缩2小时，得到所述的新型纳米膨润土。
制备本发明的污水处理剂取10克上述制备的新型纳米膨润土，加入50克聚丙烯酰胺，搅拌混合均匀，制得本发明污水处理剂。
实施例2制备新型纳米膨润土(1)取膨润土原矿80克，加入5克碳酸锂，采用挤压操作进行改型处理；(2)改型后的膨润土中加入800克去离子水，将其分散、悬浮；(3)将分散、悬浮的膨润土在10000r/分钟转速下高速剪切240分钟，得到小尺寸的膨润土液；(4)将小尺寸的膨润土液在15000r/分钟转速下离心处理60分钟，制得纳米膨润土液；
(5)将纳米膨润土液在20℃温度下干燥15小时，得到所述的新型纳米膨润土。
制备本发明的污水处理剂取5克上述制备的新型纳米膨润土，加入50克去离子水，搅拌混合均匀，制得本发明污水处理剂。
实施例3制备新型纳米膨润土(1)取膨润土原矿50克，加入5克碳酸钠，采用挤压操作进行改型处理；(2)改型后的膨润土中加入500克聚丙烯酸，将其分散、悬浮；(3)加入5克碳酸钠，充分搅拌10分钟进行活化处理，之后加入5克盐酸，充分搅拌10分钟；(4)将活化的膨润土在5000r/分钟转速下高速剪切240分钟，得到小尺寸的膨润土液；(5)将小尺寸的膨润土液在5000r/分钟转速下离心处理100分钟，制得纳米膨润土液；(6)将纳米膨润土液在50℃温度下浓缩25小时，得到所述的新型纳米膨润土。
制备本发明的污水处理剂取10克上述制备的新型纳米膨润土，加入50克聚丙烯酸，搅拌混合均匀，制得本发明污水处理剂。
以下通过对比实施例说明本发明污水处理剂与膨润土原矿处理污水的效果。
对比实施例1取膨润土原矿和实施例1制备的污水处理剂各0.1克，各加入1000ml的CODCr值为239.7mg/l的城市污水中，分别标记为A、B，放置4小时后，检测，A液仅比城市污水处理厂二级处理水污染物含量稍低些，CODCr值为190mg/l；BOD5值为75mg/l，SS值为35mg/l，TP值为0.675mg/l。B液符合国家污水回用相关标准要求，其CODCr值为85mg/l，BOD5值为10mg/l，SS值为9mg/l，TP值为0.005mg/l。
对比实施例2取膨润土原矿和实施例2制备的水(污水)处理剂各0.2克，分别加入1000ml的CODCr值为530mg/l的城市污水中，分别标记为C、D，放置5小时后，检测，C液仅比城市污水污染物含量稍低些，CODCr值为475mg/l，BOD5值为120mg/l，SS值为50mg/l，TP值为1.385mg/l。D液优于城市污水处理厂二级处理出水相关要求，其CODCr值为84mg/l，BOD5值为12mg/l，SS值为10mg/l，TP值为0.015mg/l。
对比实施例3取膨润土原矿和实施例3制备的污水处理剂各0.05克，分别加入1000ml含有大量铁锈的自来水中，分别标记为E、F，放置30分钟后，检测，E液浑浊，不符合饮用水标准要求，F液澄清，优于饮用水标准要求。
权利要求
1.一种污水处理剂，按该污水处理剂的总重量计，其包含0.001-100％重量新型纳米膨润土和0-99.999％重量的选自水或水溶性高分子聚合物的分散剂，所述新型纳米膨润土具有零维纳米尺寸，粒径为1-100nm，在紫外光250-350nm处有选择性吸收，吸收度达到99％以上，所述新型纳米膨润土由以下原料按步骤(1)-(6)制备而成按原料总重量计，1-96％重量膨润土原矿，0.5-10％重量选自季铵盐阳离子表面活性剂、碳酸锂或碳酸钠的改型剂，0-20％重量碱性活化剂，0-20％重量质子化剂和0-90％重量选自去离子水、乙醇、乙二醇或水溶性高分子聚合物的悬浮分散剂；步骤(1)在膨润土原矿中加入改型剂，在常温、常压下进行改型处理；(2)在改型处理后的膨润土中加入悬浮分散剂，将其分散、悬浮；(3)加入碱性活化剂，充分搅拌10-120分钟，进行活化处理，之后加入质子化剂，充分搅拌10-60分钟；(4)将活化的膨润土在1000-11000r/分钟转速下高速剪切5-240分钟，得到小尺寸的膨润土液；(5)将小尺寸的膨润土液在2000-15000r/分钟转速下离心处理5-120分钟，制得纳米膨润土液；(6)将纳米膨润土液在10-250℃温度下浓缩或干燥1-30小时，得到所述的新型纳米膨润土。
2.根据权利要求1所述的污水处理剂，其中所述的新型纳米膨润土的粒径为1-30nm。
3.根据权利要求2所述的污水处理剂，其中所述的新型纳米膨润土的粒径为5-10nm，在300nm紫外光处有最大吸收峰。
4.根据权利要求1，3所述的污水处理剂，其中所述的季铵盐阳离子表面活性剂，其分子式为R1R2R3R4N+X-，其中R1为碳原子数12-60的长链烷基，R2为碳原子数1-22的芳基或烷基，R3为碳原子数2-8的羟基取代的烷基或芳基，R4是与R2或R3相同的基团，X-为Cl-、Br-、I-、NO2-、OH-、CH3SO4-或C2H3O2-。
5.根据权利要求1所述的污水处理剂，其中碱性活化剂为氢氧化钠、碳酸钠或乙醇胺；所述的质子化剂为硫酸、盐酸或冰乙酸。
6.根据权利要求1，5所述的污水处理剂，其包含0.1-35％重量新型纳米膨润土和65％-99.9％重量的所述分散剂。
7.根据权利要求6所述的污水处理剂，其包含1-20％重量新型纳米膨润土和80％-99％重量的所述分散剂。
8.根据权利要求5所述的污水处理剂，其中所述的水溶性高分子聚合物选自聚丙烯酰胺或聚丙烯酸。
9.权利要求1中所述的新型纳米膨润土作为处理污水的综合处理剂的用途。
全文摘要
本发明涉及一种污水处理剂，其包含0.001－100％重量新型纳米膨润土和0－99.999％重量分散剂，更具体地说，本发明涉及一种新型的纳米膨润土污水处理材料以及该新型的纳米膨润土作为处理污水的综合处理剂的用途。所述的新型纳米膨润土材料是无机纳米膨润土，其具有零维纳米尺寸，粒径为1－100nm，在紫外光250－350nm处有选择性吸收，吸收度达到99％以上。
文档编号B01J20/16GK1626448SQ20031011735
公开日2005年6月15日 申请日期2003年12月11日 优先权日2003年12月11日
发明者李伟, 葛云 申请人:李伟