CN103183780A - 一种纤维素基废水絮凝剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纤维素基废水絮凝剂的制备方法。采用方法的要点是将漂白纸浆经过充分溶解，加入引发剂，与丙烯酰胺接枝聚合制备纤维素基废水絮凝剂。该方法简易、快速、高效，特别适用于易于生物降解的纤维素基废水絮凝剂制备。本发明在制备废水絮凝剂的原料中引入漂白纸浆纤维，作为分子基本骨架，部分替代了原有高分子材料，降低了传统高分子废水絮凝剂对石油资源的依赖，提高了传统絮凝剂的生物可降解性能，适于造纸废水、印染废水和市政污水等处理过程，具有重要的环境和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种废水絮凝剂的制备方法，特别涉及一种纤维素基废水絮凝剂的制备方法，属于制浆造纸工程领域。
背景技术
在固液分离及水处理过程中，絮凝沉淀法作为一种较为有效的预处理方法已得到广泛应用。絮凝效果的优劣直接决定着后续单元过程的运行工况、处理费用和最终出水水质，絮凝剂的选择同时又直接影响絮凝效果。深入开展絮凝基础理论研究、开发新型高效絮凝剂、优化絮凝过程控制是当前絮凝剂领域的研究热点。
然而目前，水处理用絮凝剂大部分为合成高分子类絮凝剂，存在降解困难问题，还会造成环境污染。同时，高分子合成原料主要通过石油馏***解获得。石油是不可再生资源，若不能找到合适的石油替代物，合成类高分子将会由于原料供应不足而难以持续。在絮凝剂制备领域，中国专利（ZL200910229595.7）“一种阳离子高分子絮凝剂”将AM、DM、DMDAAC和去离子水按比例混合反应，并加入氯化铵，搅拌混合均匀，加入过硫酸钾和亚硫酸氢钠引发，获得高分子絮凝剂；中国专利（ZL200710091682.1）“两性高分子絮凝剂”是通过阴离子高分子絮凝剂、阳离子高分子絮凝剂和非离子高分子絮凝剂溶解在其饱和浓度到达其临界絮凝浓度的电解质溶液中进行制备的；中国专利（ZL200910063702.3）“复合型高分子絮凝剂”以榆皮草粉、仙人掌粉、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺原料混合制备而成，主要应用于污水处理、污泥浓缩、纸浆回收、石油开采等领域，可在较高温度和较宽pH值条件下使用；美国专利（US4155847）“Cationic polymerflocculant prepared by reacting epichlorohydrin and a Mannich reaction product”通过聚环氧丙烷与苯酚，甲醛和二烷基胺的曼尼希反应产物缩聚生成一种新型阳离子絮凝剂，适于各种悬浮液如工业废水、纸浆淤浆中和等絮凝过程。截至目前，还未见到采用漂白纸浆纤维部分替代高分子材料，用以制备絮凝剂的相关工艺技术出现。
纸浆纤维素基废水絮凝剂，是将漂白纸浆经过充分溶解，加入引发剂，与丙烯酰胺接枝聚合制备而成的。在制备废水絮凝剂原料中引入漂白纸浆纤维，作为分子基本骨架，部分替代原有高分子材料，可提高传统高分子废水絮凝剂的生物可降解性能，适用于造纸废水、印染废水和市政污水等处理过程，具有重要的环境和社会效益。
发明内容
为了克服传统絮凝剂的来源依赖石油资源、存在不可自然降解、生产成本过高等实际问题，同时资源化利用现有漂白纸浆，制备高附加值、环境友好的废水絮凝剂，本发明的目的是提供一种纤维素基废水絮凝剂的制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是采用以下步骤：
1）将漂白纸浆加入4℃预冷30min的氢氧化钠和尿素混合溶液中，均匀搅拌，放置-12℃冷冻90～120min，取出置于冰浴中搅拌，得到均匀、透明的纤维素溶液；
2）将步骤1）得到的纤维素溶液在机械搅拌作用下，通入氮气30min后，50～70℃加入引发剂引发15～25min，加入丙烯酰胺进行接枝聚合，加入蒸馏水控制整个反应溶液与漂白纸浆的质量比为70～90:1，反应90～150min，得到均匀的乳白色溶液，即纤维素基废水絮凝剂。
所述的氢氧化钠和尿素混合溶液，其中氢氧化钠和尿素的质量分数分别为7wt%和12wt%，上述氢氧化钠和尿素混合溶液与漂白纸浆的质量比为60～80:1；引发剂为过硫酸铵，引发剂与漂白纸浆的质量比为0.2～0.4:1；丙烯酰胺与漂白纸浆的质量比为2～4:1。
所述的漂白纸浆为针叶木漂白纸浆、阔叶木漂白纸浆和竹子漂白纸浆中的一种。
与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：
本发明打破传统制备废水絮凝剂的纯高分子合成模式，在制备废水絮凝剂的原料中引入漂白纸浆纤维，作为分子基本骨架，部分替代原有高分子材料，可以降低传统高分子废水絮凝剂对于石油资源的依赖，提高传统絮凝剂的生物可降解性能，降低废水絮凝剂的生产成本，具有重要的环境、社会和经济效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1:
1）将针叶木漂白纸浆加入4℃预冷30min的氢氧化钠和尿素混合溶液中，其中氢氧化钠和尿素的质量分数分别为7wt%和12wt%，氢氧化钠和尿素混合溶液与针叶木漂白纸浆的质量比为80:1，均匀搅拌，放置-12℃冷冻90min，取出置于冰浴中搅拌，得到均匀、透明的纤维素溶液；
2）将步骤1）得到的纤维素溶液在机械搅拌作用下，通入氮气30min后，70℃加入过硫酸铵引发15min，过硫酸铵与针叶木漂白纸浆的质量比为0.4:1，加入丙烯酰胺进行接枝聚合，丙烯酰胺与针叶木漂白纸浆的质量比为4:1，加入蒸馏水控制整个反应溶液与针叶木漂白纸浆的质量比为90:1，反应150min，得到均匀的乳白色溶液，即纤维素基废水絮凝剂(a)。
实施例2:
1）将阔叶木漂白纸浆加入4℃预冷30min的氢氧化钠和尿素混合溶液中，其中氢氧化钠和尿素的质量分数分别为7wt%和12wt%，氢氧化钠和尿素混合溶液与阔叶木漂白纸浆的质量比为70:1，均匀搅拌，放置-12℃冷冻120min，取出置于冰浴中搅拌，得到均匀、透明的纤维素溶液；
2）将步骤1）得到的纤维素溶液在机械搅拌作用下，通入氮气30min后，60℃加入过硫酸铵引发20min，过硫酸铵与阔叶木漂白纸浆的质量比为0.3:1，加入丙烯酰胺进行接枝聚合，丙烯酰胺与阔叶木漂白纸浆的质量比为3:1，加入蒸馏水控制整个反应溶液与阔叶木漂白纸浆的质量比为80:1，反应120min，得到均匀的乳白色溶液，即纤维素基废水絮凝剂(b)。
实施例3:
1）将竹子漂白纸浆加入4℃预冷30min的氢氧化钠和尿素混合溶液中，其中氢氧化钠和尿素的质量分数分别为7wt%和12wt%，氢氧化钠和尿素混合溶液与竹子漂白纸浆的质量比为60:1，均匀搅拌，放置-12℃冷冻120min，取出置于冰浴中搅拌，得到均匀、透明的纤维素溶液；
2）将步骤1）得到的纤维素溶液在机械搅拌作用下，通入氮气30min后，50℃加入过硫酸铵引发25min，过硫酸铵与竹子漂白纸浆的质量比为0.2:1，加入丙烯酰胺进行接枝聚合，丙烯酰胺与竹子漂白纸浆的质量比为2:1，加入蒸馏水控制整个反应溶液与竹子漂白纸浆的质量比为70:1，反应90min，得到均匀的乳白色溶液，即纤维素基废水絮凝剂(c)。
测定实施例1、2、3制备的三种纤维素基废水絮凝剂的接枝率，同时将其应用于废纸制浆造纸综合废水的絮凝处理过程。表1为实施例1、2、3制备的三种纤维素基废水絮凝剂的接枝率测定结果和应用于废纸制浆造纸综合废水絮凝过程的处理效果。由表1中数据可知，采用本发明所述的制备方法获得的纤维素基废水絮凝剂(a)、(b)、(c)接枝率在35.7～45.5%，接枝聚合较为理想。将其应用于废纸制浆造纸综合废水的絮凝处理，废水浊度去除率在78.0～85.2%，CODCr去除率在38.2～56.7%，说明制备的纤维素基废水絮凝剂对废纸制浆造纸综合废水具有较好的絮凝沉淀效果。
本发明制备的产品在水溶液中分散均匀、溶解性好，未出现自身絮聚、交联等现象，适于稀释到所需浓度，添加至目标废水中进行絮凝处理。
表1
以上列举的仅是本发明的具体实施例。本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种纤维素基废水絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将漂白纸浆加入4℃预冷30min的氢氧化钠和尿素混合溶液中，均匀搅拌，放置于-12℃条件下，冷冻90～120min后取出，置于冰浴中搅拌，得到均匀、透明的纤维素溶液；
2）将步骤1）得到的纤维素溶液在机械搅拌作用下，通入氮气30min后，50～70℃加入引发剂引发15～25min，加入丙烯酰胺进行接枝聚合，加入蒸馏水控制整个反应溶液与漂白纸浆的质量比为70～90:1，反应90～150min，得到均匀的乳白色溶液，即纤维素基废水絮凝剂。
2.根据权利要求1所述的一种纤维素基废水絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述的氢氧化钠和尿素混合溶液，其中氢氧化钠和尿素的质量分数分别为7wt%和12wt%，上述氢氧化钠和尿素混合溶液与漂白纸浆的质量比为60～80:1；引发剂为过硫酸铵，引发剂与漂白纸浆的质量比为0.2～0.4:1；丙烯酰胺与漂白纸浆的质量比为2～4:1。
3.根据权利要求1所述的一种纤维素基废水絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述的漂白纸浆为针叶木漂白纸浆、阔叶木漂白纸浆和竹子漂白纸浆中的一种，优选针叶木漂白纸浆。
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