聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑及其製備和應用的製作方法
2023-09-14 02:42:25
專利名稱：聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑及其製備和應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及水處理絮凝劑技術領域，尤其涉及聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑及其製備和應用。
背景技術：
無機高分子絮凝劑是在傳統的鋁鹽、鐵鹽絮凝劑基礎上發展起來的一類新型的水處理藥劑。傳統鋁鹽、鐵鹽類絮凝劑使用歷史悠久，但在水處理過程中存在不少的問題，被 20世紀60年代後期逐漸迅速發展起來的無機高分子絮凝劑替代，後者比前者具有更好的絮凝效果且價格較低。迄今在美國、日本、西歐、俄羅斯都已有相當規模的生產，已經達到工藝流程控制自動化，產品質量穩定。隨著我國食品加工業的發展，水的用量不斷加大，與水資源的相對匱乏形成矛盾，因此對地表水的汙染處理利用日益重要。在工業廢水的預處理中，經常用到的有聚鋁絮凝劑和聚鐵絮凝劑，聚鋁絮凝劑的使用會給環境帶來二次汙染，對人體健康有不良影響，易誘發老年痴呆症。使用聚鐵絮凝劑進行混凝淨化處理，不僅避免了二次汙染，而且還具有混凝能力強，沉降速度快等特點。當前無機高分子和合成有機高分子絮凝劑在汙水處理中一直發揮著極其重要的作用，但傳統的無機高分子絮凝劑用藥量大，受環境影響大，且由此引發的二次汙染也制約其發展；合成有機高分子絮凝劑具有用量小、絮凝能力強、產生浮渣少、效率高等優點，但難降解，有些還具有一定的毒副作用，廢渣含水率高，產生汙泥體積龐大和價格相對較貴。另外水處理過程中通常無機和有機高分子絮凝劑需要分步加入，工藝繁瑣，設備投資大，致使使用成本相應偏高。而複合型絮凝劑能克服單一絮凝劑的許多不足，適應範圍廣，對低濃度或高濃度水質、有色廢水、多種工業廢水都有良好的淨水效果；提高絮凝過程中有機物的去除率，並能降低殘留金屬離子濃度，減少二次汙染；在處理效率高的基礎上降低了處理成本；一次性加藥，簡化操作工藝。雖然歷年來已製造出種類繁多的無機-合成有機高分子複合絮凝劑，但是由於有機高分子組分難降解，成本還是相對較高，而且有些有毒，例如聚丙烯醯胺安全無毒，但其分解的丙烯醯胺單體卻是一種神經性致毒劑，對神經系統有損傷作用，中毒後表現出肌體無力，運動失調等症狀，也大大影響了它們的應用。因而研究高效率、 低價位、高生態安全的無機-天然有機高分子複合絮凝劑對水處理領域有著非常重要的意義。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種高效率、價格低廉且安全性良好的聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑。本發明所要解決的另一個技術問題是提供該聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑的製備方法。本發明所要解決的第三個技術問題是提供該聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑在COD廢水處理中的應用。為解決上述問題，本發明所述的聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑，其特徵在於該絮凝劑由聚合硫酸鐵與羧甲基馬鈴薯澱粉複合而成，其中所述聚合硫酸鐵中的鐵質量與所述羧甲基馬鈴薯澱粉質量的比值為1 3 3 1。如上所述的聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑的製備方法，包括以下步驟(1)製備聚合硫酸鐵首先將七水合硫酸亞鐵溶解於水中，配成硫酸亞鐵質量分數為5. 2% 22. 6%的溶液；然後，用質量濃度為95% 98%的濃硫酸調整該溶液中 S042_含量，使[SO廣]/[Fe3+]的物質的量之比為1. 2 1. 4 ；最後，在20 100°C不斷攪拌下滴加質量濃度為30%的雙氧水，使1 2+/ 的物質的量之比為0. 75 5. 8，此時溶液顏色轉變為紅棕色，滴加完畢後，再繼續聚合1 8h，即得聚合硫酸鐵；(2)製備羧甲基馬鈴薯澱粉將馬鈴薯澱粉與質量濃度為80%的乙醇混合攪拌 1 20min，並升溫至20 50°C後加入氫氧化鈉，繼續攪拌10 120min ；然後，依次加入含質量分數為33. 8% 43. 3%的一氯乙酸的異丙醇溶液和氫氧化鈉，升溫至20 60°C後反應60 200min，得到混合物；所述混合物用醋酸中和反應至中性，並用質量濃度為80% 的乙醇水溶液洗滌至無氯離子為止；最後，所述混合物經過濾、30 90°C真空乾燥後即得羧甲基馬鈴薯澱粉；其中所述馬鈴薯澱粉與所述乙醇的質量比為0. 19 1. 77，所述馬鈴薯澱粉與所述氫氧化鈉的質量比為1. 2 14，所述馬鈴薯澱粉與所述一氯乙酸的質量比為 0. 30 0. 75 ； (3)將所述羧甲基馬鈴薯澱粉溶解於蒸餾水中，得到質量分數為0. 5 4%的水溶液；(4)將所述步驟(3)所得的水溶液以0. 1 1. OmL/min的速度滴加到所述聚合硫酸鐵中，使所述聚合硫酸鐵中的鐵質量與所述羧甲基馬鈴薯澱粉質量的比值為1 3 3 1，在常壓、溫度為20 90°C的條件下反應30 90min，最後在40 60°C下乾燥後即得聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑。如上所述的聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑在COD廢水處理中的應用。本發明與現有技術相比具有以下優點1、本發明在聚合硫酸鐵中引入羧甲基馬鈴薯澱粉製成複合絮凝劑後，首先可以克服無機絮凝劑分子鏈短的弊端，其次可避免聚鋁和合成高分子絮凝劑在絮凝過程中的殘留物帶來的危害，同時其在發揮電中和能力時，又具有高效能的架橋、網捕作用，可通過卷掃除去微小顆粒，從而提高了效率。2、由於本發明絮凝劑以七水合硫酸亞鐵和馬鈴薯澱粉為主要原料，因此，具有原料來源豐富、低價位、無毒性的特點。3、本發明的製備方法步驟簡單，操作方便；所得絮凝劑用於處理高COD的廢水時， 去除率高，處理後的廢水清澈、略帶黃色、無異味。
具體實施例方式實施例1 聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑，該絮凝劑由聚合硫酸
4鐵與羧甲基馬鈴薯澱粉複合而成，其中聚合硫酸鐵中的鐵質量與羧甲基馬鈴薯澱粉質量的比值為1 3。該聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑的製備方法，包括以下步驟(1)製備聚合硫酸鐵首先將10 16g七水合硫酸亞鐵溶解於30 IOOmL水中，配成硫酸亞鐵質量分數為5. 2% 22. 6%的溶液；然後，用0. 40 1. 20mL、質量濃度為95% 98%的濃硫酸調整溶液中SO:含量，使[SO/—]/[Fe3+]的物質的量之比為1. 2 1. 4 ；最後，在20 100°C不斷攪拌下滴加1. 0 5. OmL、質量濃度為30%的雙氧水，使1 2+/ H2O2的物質的量之比為0. 75 5. 8，此時溶液顏色轉變為紅棕色，滴加完畢後，繼續聚合 1 他，即得聚合硫酸鐵。(2)製備羧甲基馬鈴薯澱粉在250mL三頸圓底燒瓶中，將馬鈴薯澱粉和質量濃度為80%的乙醇混合，並用電動攪拌器充分攪拌1 20min，並升溫至20 50°C後加入氫氧化鈉，繼續攪拌10 120min ；然後，依次加入含質量分數為33. 8% 43. 3%的一氯乙酸的異丙醇溶液和氫氧化鈉，升溫至20 60°C後反應60 200min，得到混合物。混合物用醋酸中和反應至中性，並用質量濃度為80%的乙醇水溶液洗滌至無氯離子為止；最後，混合物經過濾、30 90°C真空乾燥後即得羧甲基馬鈴薯澱粉。其中馬鈴薯澱粉與乙醇的質量比(g/g)為0. 19 1.77，馬鈴薯澱粉與氫氧化鈉的質量比(g/g)為1. 2 14，馬鈴薯澱粉與一氯乙酸的質量比(g/g)為0. 30 0. 75。(3)將2. 52g羧甲基馬鈴薯澱粉溶解於60mL蒸餾水中，得到質量分數為4%的水溶液。(4)將步驟(3)所得的水溶液以0. 1 1. OmL/min的速度滴加到聚合硫酸鐵中， 使聚合硫酸鐵中的鐵質量與羧甲基馬鈴薯澱粉質量的比值(g/g)為1 3，在常壓、溫度為 20°C的條件下反應90min，最後在40 60°C下乾燥後即得聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑。實施例2 聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑，該絮凝劑由聚合硫酸鐵與羧甲基馬鈴薯澱粉複合而成，其中聚合硫酸鐵中的鐵質量與羧甲基馬鈴薯澱粉質量的比值為1 1。該聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑的製備方法，包括以下步驟(1)製備聚合硫酸鐵同實施例1。(2)製備羧甲基馬鈴薯澱粉同實施例1。(3)將0.84g羧甲基馬鈴薯澱粉溶解於60mL蒸餾水中，得到質量分數為1.4%的水溶液。(4)將步驟(3)所得的水溶液以0. 1 1. OmL/min的速度滴加到聚合硫酸鐵中，使聚合硫酸鐵中的鐵質量與羧甲基馬鈴薯澱粉質量的比值為1 1，在常壓、溫度為40°C的條件下反應60min，最後在40 60°C下乾燥後即得聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑。實施例3 聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑，該絮凝劑由聚合硫酸鐵與羧甲基馬鈴薯澱粉複合而成，其中聚合硫酸鐵中的鐵質量與羧甲基馬鈴薯澱粉質量的比值為3 1。該聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑的製備方法，包括以下步驟
(1)製備聚合硫酸鐵同實施例1。(2)製備羧甲基馬鈴薯澱粉同實施例1。(3)將0. 28g羧甲基馬鈴薯澱粉溶解於60mL蒸餾水中，得到質量分數為0. 5%的水溶液。(4)將步驟(3)所得的水溶液以0. 1 1. OmL/min的速度滴加到聚合硫酸鐵中，使聚合硫酸鐵中的鐵質量與羧甲基馬鈴薯澱粉質量的比值為3 1，在常壓、溫度為90°C的條件下反應30min，最後在40 60°C下乾燥後即得聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑。實施例4 聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑，該絮凝劑由聚合硫酸鐵與羧甲基馬鈴薯澱粉複合而成，其中聚合硫酸鐵中的鐵質量與羧甲基馬鈴薯澱粉質量的比值為3 1。該聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑的製備方法，包括以下步驟(1)製備聚合硫酸鐵同實施例1。(2)製備羧甲基馬鈴薯澱粉同實施例1。(3)將0. 28g羧甲基馬鈴薯澱粉溶解於60mL蒸餾水中，得到質量分數為0. 5%的水溶液。(4)將步驟(3)所得的水溶液以0. 1 1. OmL/min的速度滴加到聚合硫酸鐵中，使聚合硫酸鐵中的鐵質量與羧甲基馬鈴薯澱粉質量的比值為3 1，在常壓、溫度為40°C的條件下反應60min，最後在40 60°C下乾燥後即得聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑。實施例5 聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑在COD廢水處理中的應用。取IOOmL廢水置於500mL錐形瓶，採用實施例1所得的聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑進行絮凝處理後自然沉降5 60min，用5B-3型COD快速測定儀測定上層清液下2cm處的COD值。經計算，COD去除率為62. 91 %。實施例6 聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑在COD廢水處理中的應用。取IOOmL廢水置於500mL錐形瓶，採用實施例2所得的聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑進行絮凝處理後自然沉降5 60min，用5B-3型COD快速測定儀測定上層清液下2cm處的COD值。經計算，COD去除率為63. 44%。實施例7 聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑在COD廢水處理中的應用。取IOOmL廢水置於500mL錐形瓶，採用實施例3所得的聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑進行絮凝處理後自然沉降5 60min，用5B-3型COD快速測定儀測定上層清液下2cm處的COD值。經計算，COD去除率為78. 53%。實施例8 聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑在COD廢水處理中的應用。取IOOmL廢水置於500mL錐形瓶，採用實施例4所得的聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑進行絮凝處理後自然沉降5 60min，用5B-3型COD快速測定儀測定上層清液下2cm處的COD值。經計算，COD去除率為82. 40%。上述實施例5 8中COD去除率X計算公式如下X = (1-C0D/C0D。)X 100%式中C0D——處理後廢水中的COD值；CODtl——原廢水中的COD值。
權利要求
1.聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑，其特徵在於該絮凝劑由聚合硫酸鐵與羧甲基馬鈴薯澱粉複合而成，其中所述聚合硫酸鐵中的鐵質量與所述羧甲基馬鈴薯澱粉質量的比值為1 3 3 1。
2.如權利要求1所述的聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑的製備方法，包括以下步驟(1)製備聚合硫酸鐵首先將七水合硫酸亞鐵溶解於水中，配成硫酸亞鐵質量分數為 5. 2 % 22. 6 %的溶液；然後，用質量濃度為95 % 98 %的濃硫酸調整該溶液中S042_含量， 使[SO廣]/[佝3+]的物質的量之比為1. 2 1. 4 ；最後，在20 100°C不斷攪拌下滴加質量濃度為30%的雙氧水，使1 2+/ 的物質的量之比為0. 75 5. 8，此時溶液顏色轉變為紅棕色，滴加完畢後，再繼續聚合1 8h，即得聚合硫酸鐵；(2)製備羧甲基馬鈴薯澱粉將馬鈴薯澱粉與質量濃度為80%的乙醇混合攪拌1 20min,並升溫至20 50°C後加入氫氧化鈉，繼續攪拌10 120min ；然後，依次加入含質量分數為33. 8% 43. 3%的一氯乙酸的異丙醇溶液和氫氧化鈉，升溫至20 60°C後反應 60 200min，得到混合物；所述混合物用醋酸中和反應至中性，並用質量濃度為80%的乙醇水溶液洗滌至無氯離子為止；最後，所述混合物經過濾、30 90°C真空乾燥後即得羧甲基馬鈴薯澱粉；其中所述馬鈴薯澱粉與所述乙醇的質量比為0. 19 1. 77，所述馬鈴薯澱粉與所述氫氧化鈉的質量比為1. 2 14，所述馬鈴薯澱粉與所述一氯乙酸的質量比為0. 30 0. 75 ；(3)將所述羧甲基馬鈴薯澱粉溶解於蒸餾水中，得到質量分數為0.5 4%的水溶液；(4)將所述步驟( 所得的水溶液以0.1 1. OmL/min的速度滴加到所述聚合硫酸鐵中，使所述聚合硫酸鐵中的鐵質量與所述羧甲基馬鈴薯澱粉質量的比值為1 3 3 1， 在常壓、溫度為20 90°C的條件下反應30 90min，最後在40 60°C下乾燥後即得聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑。
3.如權利要求1所述的聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑在COD廢水處理中的應用。
全文摘要
本發明涉及一種聚合硫酸鐵-羧甲基馬鈴薯澱粉複合絮凝劑，該絮凝劑由聚合硫酸鐵與羧甲基馬鈴薯澱粉複合而成，其中所述聚合硫酸鐵中的鐵質量與所述羧甲基馬鈴薯澱粉質量的比值為1∶3～3∶1。同時本發明還公開了該絮凝劑的製備方法及在COD廢水處理中的應用。本發明在聚合硫酸鐵中引入羧甲基馬鈴薯澱粉製成複合絮凝劑後，首先可以克服無機絮凝劑分子鏈短的弊端，其次可避免聚鋁和合成高分子絮凝劑在絮凝過程中的殘留物帶來的危害，同時其在發揮電中和能力時，又具有高效能的架橋、網捕作用，可通過卷掃除去廢水中微小顆粒，從而提高了去除效率。
文檔編號C02F1/56GK102276038SQ20111015625
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月9日 優先權日2011年6月9日
發明者何玉鳳, 劉世磊, 張玲, 王 華, 王榮民 申請人:西北師範大學