專利名稱：一種改性榆樹皮絮凝劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改性榆樹皮絮凝劑的制備方法，屬于水處理系統(tǒng)的天然有機(jī)高分子絮凝劑的合成方法。
背景技術(shù)：
有機(jī)高分子絮凝劑分為天然和合成兩大類。天然高分子絮凝劑以聚丙烯酰胺類絮凝劑為主，它以分子量大、吸附能力強(qiáng)、固液分離的效果較好等優(yōu)點成為目前應(yīng)用最廣泛的絮凝劑，但隨著對水環(huán)境保護(hù)要求的日益嚴(yán)格，此類絮凝劑的毒性問題和難降解問題日益受到關(guān)注。天然高分子絮凝劑以成本低廉、環(huán)境友好等優(yōu)越性受到青睞，但分子量較小、電中和作用較弱等。具有實際應(yīng)用價值的天然高分子絮凝劑都是化學(xué)改性后產(chǎn)品，按原料可以分為淀粉類衍生物、纖維素衍生物、多糖及其改性絮凝劑、蛋白質(zhì)類衍生物絮凝劑、改性植物膠及微生物絮凝劑。其中，(1)淀粉衍生物絮凝劑主要為陽離子型淀粉醚和淀粉與丙烯酰胺、丙烯酸等單體的接枝共聚物。早期日本研究過淀粉的氨基乙醚衍生物，用于高嶺土礦漿和含纖維素漿粕的廢水處理；美國學(xué)者報道了用叔胺鹽與環(huán)氧丙烷反應(yīng)生成具有環(huán)氧結(jié)構(gòu)的季銨鹽醚化劑，然后再與淀粉起醚化反應(yīng)制得季胺型陽離子改性淀粉的專利。淀粉的接枝共聚也在高嶺土濁水、粉煤廢水的處理中得到應(yīng)用。但是淀粉為重要的糧食，以糧食為原料的化工技術(shù)的發(fā)展受到限制。(2)纖維素衍生物絮凝劑早期用作絮凝劑的水溶性纖維衍生物主要有羧甲基纖維素、羥甲基纖維素等陰離子衍生物，也有人研究纖維素與丙烯酰胺接枝共聚物，但總體效果比不上淀粉為原料的成果。也有人對改性木質(zhì)素的性質(zhì)和絮凝作用機(jī)理進(jìn)行比較全面的研究，結(jié)果表明木質(zhì)素絮凝劑是一種對高濁度、酸性廢水特效作用的絮凝劑。(3)植物膠及其改性絮凝劑最早研究的植物膠改性絮凝劑是從瓜耳膠開始的。瓜耳膠是半乳甘露聚糖膠，它的氨基衍生物、季銨鹽衍生物、氨基乙醚化合物以及瓜耳膠與硼砂作用得到的多羥基衍生物，都是質(zhì)地良好的改性絮凝劑。我國中科院植物研究所等單位的學(xué)者自60年代起對田菁膠、刨花楠木樹膠、仙人掌汁等多種植物膠進(jìn)行不同方法的改性研究和應(yīng)用試驗。華南理工大學(xué)將改性刨花楠木植物的陰離子改性和陽離子改性和兩性絮凝劑應(yīng)用于石油廢水、糖蜜廢水、印染水、城市污水和飲用水，都獲得較好效果。但由于原料處理工藝復(fù)雜，目前沒有形成工業(yè)化生產(chǎn)。(4)蛋白質(zhì)及其衍生物絮凝劑蛋白質(zhì)膠與某些交聯(lián)劑在適宜條件下制得水溶性蛋白質(zhì)衍生物，主要是非離子型絮凝劑，采用交聯(lián)物質(zhì)有甲醛、乙醛及其同系物。產(chǎn)品用于工業(yè)廢水和天然濁水的處理。但由于價格昂貴和不易保存沒有明顯優(yōu)勢。以上天然高分子絮凝劑都存在不足，通過對天然植物的比較研究中發(fā)現(xiàn)，以榆樹皮為原料合成絮凝劑能綜合以上絮凝劑的優(yōu)點，具有重要科研和經(jīng)濟(jì)價值。榆樹為北方常見落葉喬木，高達(dá)25米，可加工成中藥材，性味和功用為甘、平，也可用于制造家具。榆樹皮為榆樹去角質(zhì)后外皮，于冬、春季采收，趁新鮮時刮去灰棕色栓皮， 縱向剖開，以木槌輕擊，使皮與木心分離，剝?nèi)“灼ず髸窀杉纯伞Ｓ軜淦ぶ泻休^豐富的纖維素、多聚糖、木質(zhì)素、丹寧，其中多聚糖具有較高的分子量，平均分子量為60-200萬，具有吸附架橋作用，能進(jìn)行濁度的去除和固液分離，但電中和作用差，且不易保存；而纖維素、木質(zhì)素和丹寧等物質(zhì)也具有較高的分子量O600以上)，但含有較多羧基相互締合氫鍵，使分子鏈緊密結(jié)合在一起，不易溶于水而無絮凝作用。若對榆樹皮進(jìn)行改性，增強(qiáng)非離子型的水溶性多聚糖電中和作用和穩(wěn)定性，同時使纖維素、木質(zhì)素等不溶成分成為水溶性高分子，并通過聚合反應(yīng)增加產(chǎn)物的分子量及分子鏈上的活性基團(tuán)點，從而制備改性榆樹皮絮凝劑， 可制得絮凝性良好、可長久保存、價格低廉的天然改性絮凝劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改性榆樹皮絮凝劑的制備方法，用本發(fā)明的方法得到的絮凝劑應(yīng)用于水處理系統(tǒng)具有對環(huán)境不造成二次污染，與同類產(chǎn)品相比使用量小、適用于各種水質(zhì)、尤其適用于含泥量較高的生活污水、垃圾滲濾液、反沖洗廢水、各種沉淀池排泥的處理，而且成本低。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過對農(nóng)村常見落葉喬木榆樹皮研究分析發(fā)現(xiàn)，榆樹皮中含有較豐富的纖維素、多聚糖、木質(zhì)素、丹寧?？梢詫τ軜淦みM(jìn)行改性，增強(qiáng)非離子型的水溶性多聚糖電中和作用和穩(wěn)定性，同時使纖維素、木質(zhì)素等不溶成分成為水溶性高分子，并通過聚合反應(yīng)增加產(chǎn)物的分子量及分子鏈上的活性基團(tuán)點，從而制備改性榆樹皮絮凝劑， 使其具有更好絮凝性能。具體工藝如下A，榆樹皮精粉的制備取新鮮榆樹皮，去角質(zhì)后曬干至含水率為5%-10%質(zhì)量百分比，研磨，過50目蹄， 得含水率為5% -10%質(zhì)量百分比的榆樹皮精粉，備用；B，強(qiáng)堿預(yù)處理將榆樹皮精粉和濃度為85%質(zhì)量百分比的酒精加入反應(yīng)器中潤濕，該反應(yīng)器與冷凝回流裝置連接以減少溶劑揮發(fā)，接著加入濃度為10%質(zhì)量百分比的強(qiáng)堿，強(qiáng)堿為NaOH或 KOH溶液，在30-50°C的攪拌條件下反應(yīng)0. 5-2.證，得到棕紅色的堿化榆樹皮精粉；C，羧甲基化榆樹皮精粉的制備將工業(yè)純一氯乙酸倒入水熱反應(yīng)器中，攪拌，使其與堿化榆樹皮精粉醚化反應(yīng) 0. 5_3h，反應(yīng)溫度為40-70°C，得到棕紅色羧甲基化榆樹皮精粉；D，接枝共聚得改性榆樹皮絮凝劑粗品向步驟C的羧甲基化榆樹皮精粉中加入引發(fā)劑硝酸鈰銨，攪拌并活化后加入丙烯酰胺，在50-70°C溫度下進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)，攪拌反應(yīng)1- 后即得到陰離子的改性榆樹皮絮凝劑粗品。E，改性榆樹皮絮凝劑的制備將步驟C所得改性的榆樹皮絮凝劑粗品放入真空干燥器中，在20-60°C下抽真空干燥得改性榆樹皮絮凝劑，抽真空所得乙醇?xì)怏w冷凝回用；上述原料的投料質(zhì)量比為榆樹皮精粉酒精強(qiáng)堿一氯乙酸硝酸鈰銨丙烯酰胺=1 (0.5-2.5) (0.5-5) (0.1-1) (0.001-0.0001) (0.1-1)。本發(fā)明的優(yōu)點和效果如下1.本發(fā)明采用天然植物榆樹皮精粉代替人工合成絮凝劑，節(jié)約資源和能源消耗， 主要原料主要為植物樹皮，所得絮凝劑具有良好的生物降解性，二次污染有效降低。2.本發(fā)明采用榆皮粉與丙烯酰胺作為主要原料，相對于聚丙烯酰胺，節(jié)約原料成本。3.本發(fā)明采用乙醇作為溶劑，能有效提高單體接枝率，提高生產(chǎn)效率。相對于異丙醇和甲醛溶劑系統(tǒng)，具有較好的安全性，便于實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。4.本發(fā)明實現(xiàn)了農(nóng)村廢物的資源化利用，既能妥善處置農(nóng)村垃圾，又能實現(xiàn)資源化利用和經(jīng)濟(jì)價值，所得絮凝劑有能應(yīng)用于農(nóng)村污水的處理，實現(xiàn)“以廢治廢”，對于推進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)具有重要作用。


圖1為本發(fā)明的流程示意圖
具體實施例方式實施例1(1)取IOOOkg新鮮榆樹皮，去角質(zhì)后曬干，研磨過50目篩，得含水率為5%質(zhì)量百分比的榆樹皮精粉備用；(2)稱取IOOg含水率5%的榆樹皮精粉加入三頸燒瓶中，用150mL85%質(zhì)量百分比酒精潤濕，加入50mL 10%質(zhì)量百分比的NaOH溶液，接入冷凝回流裝置，在50°C的攪拌條件下反應(yīng)0.證，得到棕紅色的堿化榆樹皮精粉；(3)將20mL工業(yè)純一氯乙酸倒入反應(yīng)器中，使其與堿化榆樹皮精粉發(fā)生醚化反應(yīng)，70°C攪拌反應(yīng)時間lh，得到棕紅色羧甲基化榆樹皮精粉，實現(xiàn)榆樹皮精粉的陰離子改性；(4)向步驟⑵的羧甲基化榆樹皮精粉中加入lmLl%質(zhì)量百分比的硝酸鈰銨水溶液，攪拌并活化后加入50g丙烯酰胺，在80°C溫度下反應(yīng)池后即的到250mL改性榆樹皮絮凝劑粗品。(5)將250mL改性榆樹皮絮凝劑粗品減壓蒸餾回收酒精150mL，得目標(biāo)產(chǎn)物改性榆樹皮絮凝劑100g。實施例2取250mL燒杯6個，加入生活污水200mL (C0D218mg/L, TP4. 2mg/L)，分別投加實例 1所得的榆樹皮改性絮凝劑0、5、10、15、20、25ppm，快攪lmin，慢攪Hmin，沉淀30min后取上清液測量廢水COD、TP,見表1。表1改性榆樹皮絮凝劑投加量對生活污水去除效果
項目投加量0510152025COD /mg/L剩余218172157146132129去除率/%-2128333841TP /mg/L剩余4.22.81.91.20.60.4去除率/%-3355718690從表1可以看出，COD和TP隨著改性榆樹皮絮凝劑的投加量增加而逐步提高，當(dāng)投加超過20ppm后，去除率基本不變，說明過剩的絮凝劑對廢水COD和TP的去除并沒有多大的影響，所以確定對生活污水處理最佳的投加量為20-25ppm。實施例3取250mL燒杯6個，加入垃圾滲濾液200mL，分別投加實例1所得的榆樹皮改性絮凝劑0、10、20、30、40、50ppm，快攪lmin，慢攪Hmin，沉淀30min后取上清液測量廢水C0D，
見表2。表2改性絮凝劑投加量對滲濾液去除效果
項目原水投加量01020304050數(shù)值mg/L14400144001260012000112001110010700去除率/%-012.516.722.222.925.7 從表1可以看出，COD隨著改性絮凝劑的投加量增加而逐步提高，當(dāng)投加超過 50ppm后，去除率變化不大，說明過剩的絮凝劑對廢水COD的去處并沒有多大的影響，所以確定對垃圾滲濾液的最佳投加量為50ppm。
權(quán)利要求
1. 一種改性榆樹皮絮凝劑的制備方法，其特征在于 A，榆樹皮精粉的制備取新鮮榆樹皮，去角質(zhì)后曬干至含水率為5%-10%質(zhì)量百分比，研磨，過50目篩，得含水率為5% -10%質(zhì)量百分比的榆樹皮精粉，備用； B，強(qiáng)堿預(yù)處理將榆樹皮精粉和濃度為85%質(zhì)量百分比的酒精加入反應(yīng)器中潤濕，接著加入濃度為 10%質(zhì)量百分比的強(qiáng)堿，強(qiáng)堿為NaOH或KOH溶液，在30_50°C的攪拌條件下反應(yīng)0. 5-2. 5h， 得到棕紅色的堿化榆樹皮精粉； C，羧甲基化榆樹皮精粉的制備將工業(yè)純一氯乙酸倒入水熱反應(yīng)器中，攪拌，使其與堿化榆樹皮精粉醚化反應(yīng)0. 5-3h， 反應(yīng)溫度為40-70°C，得到棕紅色羧甲基化榆樹皮精粉； D，接枝共聚得改性榆樹皮絮凝劑粗品向步驟C的羧甲基化榆樹皮精粉中加入引發(fā)劑硝酸鈰銨，攪拌并活化后加入丙烯酰胺，在50-70°C溫度下進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)，攪拌反應(yīng)1- 后即得到陰離子的改性榆樹皮絮凝劑粗品。E，改性榆樹皮絮凝劑的制備將步驟C所得改性的榆樹皮絮凝劑粗品放入真空干燥器中，在20-60°C下抽真空干燥得改性榆樹皮絮凝劑，抽真空所得乙醇?xì)怏w冷凝回用；上述原料的投料質(zhì)量比為榆樹皮精粉酒精強(qiáng)堿一氯乙酸硝酸鈰銨丙烯酰胺=1 (0.5-2.5) (0.5-5) (0.1-1) (0.001-0.0001) (0.1-1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改性榆樹皮絮凝劑的制備方法。榆樹皮烘干、研磨過50目篩，得榆樹皮精粉；再用85％酒精潤濕后加強(qiáng)堿，30-50℃，堿化0.5-2.5h，接著加入一氯乙酸，40-70℃下醚化0.5-3h，再加入硝酸鈰銨和丙烯酰胺，50-70℃，聚合1-3h，制得榆樹皮絮凝劑粗品，最后減壓蒸餾回收酒精并得到改性榆樹皮絮凝劑；上述原料的質(zhì)量比為榆樹皮精粉∶酒精∶強(qiáng)堿∶一氯乙酸∶硝酸鈰銨∶丙烯酰胺＝1∶(0.5-2.5)∶(0.5-5)∶(0.1-1)∶(0.001-0.0001)∶(0.1-1)。本發(fā)明的絮凝劑生產(chǎn)成本低、可生物降解對環(huán)境不造成二次污染，與同類產(chǎn)品相比使用量小、適用于各種水質(zhì)、尤其適用于含泥量高的生活污水、垃圾滲濾液、反沖洗廢水、各種沉淀池排泥的處理。
文檔編號C02F1/56GK102391442SQ20111026291
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者余波, 潘碌亭, 王文蕾, 蔡衍龍 申請人:同濟(jì)大學(xué)