CN105883996B - 一种改性香蕉皮混凝剂及其制备工艺 - Google Patents

一种改性香蕉皮混凝剂及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于水处理混凝剂领域，涉及一种改性香蕉皮混凝剂及其制备工艺。上述性香蕉皮混凝剂是香蕉皮经氢氧化钠溶液浸泡、七水硫酸亚铁改性得到。上述改性香蕉皮混凝剂的制备工艺，步骤如下：将氢氧化钠溶液加入到粉末态香蕉皮中，浸取，得到香蕉皮提取液；将七水硫酸亚铁与水混合，加入氧化剂，得到改性剂溶液；将香蕉皮提取液与改性剂溶液混合；选择性地加入稳定剂，制得改性香蕉皮混凝剂产品。本发明的技术能够制备一种稳定性较高、水处理效果较优异的改性香蕉皮混凝剂。本发明能耗低，生产过程无二次污染，生产设备和工艺简单、经济、实用，容易实现。

Description

一种改性香蕉皮混凝剂及其制备工艺
技术领域
本发明属于水处理混凝剂领域，特别地，涉及以香蕉皮和无机元素为原料的一种改性香蕉皮混凝剂。此外，本发明还涉及上述改性香蕉皮混凝剂的制备工艺。
背景技术
混凝工艺是国内外废水及给水处理中最为关注的核心工艺之一，具有简单、高效、经济等优势，而混凝剂是混凝工艺的主体物质，其混凝能力与产生的污泥成分对于单一的混凝工艺效果乃至整个水厂的主体或深度处理工艺效果及成本、污泥的后续处理等都至关重要。因此，无毒、高效、经济的混凝剂研发及应用就成为水处理技术领域的重要研究内容及关注点。近些年来，混凝剂在我国发展十分迅速，种类越来越多，研究也呈多样化。按化学组分混凝剂可分为无机、有机、微生物和复合混凝剂四大类。无机混凝剂价格较低，稳定性较好，具有很大优势，但是对生物和环境均有一定程度的负面影响。人工合成有机高分子混凝剂具有高效、用量少的特点，但是残留物对生物和环境也会造成很大危害。微生物混凝剂基本无毒，但是从其制备、储存至使用均具有不稳定性，因此目前还基本处于研究阶段，距离其规模推广仍需要有较长一段时间的探索。天然有机高分子物质资源丰富、廉价、易降解、无毒，具有良好的环境接受性，并且针对毒性较小或无毒的原水，水处理之后产生的污泥完全可以农田回用，因此近年来得到了世界各国水处理领域专家的广泛关注，但是稳定性不好是该类混凝剂固有的弱势。因此将天然有机高分子与其他无机或有机元素有机结合，制备出稳定性较好、效果较优异的复合混凝剂一直是该类混凝剂的研究方向。
以废弃物为主要原料制备混凝剂的成本较低，且符合以废治废的思路，近些年得到很多研究，并取得了大量成果。农林废弃物近年来在水处理领域的应用范围日益扩大，比如谷壳、稻杆、麦秆、玉米杆、花生壳、甘蔗渣、水果皮等的应用。香蕉皮是农林废弃物的一种，是香蕉的外层果皮，其重量能占其果实重量的40%左右。近年来我国农业产业化结构发生了很大变化，香蕉产量随之大幅增加，2014年我国香蕉总产量达到1179万吨，因而导致大量香蕉皮的丢弃，对环境造成了一定程度的负面影响。香蕉皮在水处理领域也得到了很大程度的关注，但是目前关于香蕉皮在水处理领域的应用主要涉及吸附性和直接利用两大方面。国内外有一些关于香蕉皮吸附性利用的专利，比如：一种用于脱硫除尘的香蕉皮改性活性炭硅藻土颗粒及其制备方法（CN201510191618.5），一种均苯四甲酸二酐改性香蕉皮吸附剂的制备（CN100406396C），利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法及氨氮吸附剂的应用（CN201310168967.6），一种香蕉皮制成的染料吸附剂（CN201210121603.8）。其中CN100406396C提供了一种以香蕉皮为主要原料，以苯四甲酸二酐为改性剂的苯四甲酸二酐改性香蕉皮吸附剂的制备方法；CN201310168967.6提供了一种仅通过脱水—破碎—浸泡—洗涤，利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法；CN201210121603.8提供了一种采用发酵法将香蕉皮制备染料吸附剂的方法。目前国内外也有一些关于水处理过程直接利用香蕉皮的专利，比如：利用香蕉皮处理含铬废水的方法（CN201210009635.9），利用香蕉皮煮出液去除水体中微囊藻的方法（CN201110442551.X）。上述关于香蕉皮在水处理领域的应用技术均未涉及以香蕉皮和无机元素为原料的一种改性香蕉皮混凝剂，也未涉及上述改性香蕉皮混凝剂的制备工艺。
发明内容
本发明的目的是克服天然有机高分子混凝剂稳定性较差的问题并提高其混凝效果，要解决的技术问题是提供一种改性香蕉皮混凝剂及其制备工艺。
本发明采用的技术方案是：
本发明提供了一种改性香蕉皮混凝剂，改性香蕉皮混凝剂是香蕉皮经氢氧化钠溶液浸泡、七水硫酸亚铁改性得到。
本发明又提供了上述改性香蕉皮混凝剂的制备工艺，包括如下步骤，以下各组份均按重量百分数计：
a. 将香蕉皮烘干粉碎，过4目筛，得到粉末态香蕉皮，备用；
b. 在50转/分钟~100转/分钟的搅拌速度下，将55%~85%的质量分数为2%~10%的氢氧化钠溶液加入到上述2.5%~25%的粉末态香蕉皮中，搅拌3分钟~7分钟，得到浸泡液，然后加热0.3小时~3小时，加热温度为55℃~65℃，得到香蕉皮提取液，备用；
c. 在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将5%~13%的七水硫酸亚铁与1%~10%的水混合，搅拌5分钟~15分钟之后，加入0.2%~0.6%的氧化剂，持续搅拌3分钟~10分钟，得到改性剂溶液，备用；
d. 在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将上述的香蕉皮提取液与改性剂溶液混合，搅拌5分钟~10分钟，然后加热10分钟~30分钟，加热温度为30℃~50℃，冷却到室温，再在50转/分钟~100转/分钟的搅拌速度下，加入0%~0.025%的稳定剂，持续搅拌1分钟~3分钟，室温下静置熟化2小时~48小时，制得改性香蕉皮液体混凝剂；
e. 将上述改性香蕉皮液体混凝剂制成粉末状固体产品；
所述的氧化剂为工业级的氯酸钠固体或质量分数为10%~13%的次氯酸钠溶液或质量分数为25%~35%的双氧水；
所述的稳定剂由工业级的酒石酸钠与质量分数为10%~13%的次氯酸钠溶液与有效组分的质量分数为14%~15%的卡松溶液组成，酒石酸钠与次氯酸钠溶液与卡松溶液的重量比为1：2：0.5。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的改性香蕉皮混凝剂以香蕉皮和工业级氢氧化钠为原料，以工业副产品七水硫酸亚铁为改性剂，制备的成本较低，并综合了天然有机高分子和无机铁元素的优势，提高了混凝剂的稳定性和混凝效果。
2、本发明的改性香蕉皮混凝剂可应用于饮用水、城市污水、工业废水等领域。
3、本发明的改性香蕉皮混凝剂的制备工艺采用常压，反应釜温度为30℃~65℃，能耗低，生产过程无二次污染，生产设备和工艺简单、经济、实用，容易实现。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
将香蕉皮烘干粉碎，过4目筛，得到粉末态香蕉皮，备用。在50转/分钟~100转/分钟的搅拌速度下，将35L的质量分数为2%的氢氧化钠溶液加入到上述5Kg的粉末态香蕉皮中，搅拌5分钟，得到浸泡液，然后加热2小时，加热温度为60℃，得到香蕉皮提取液，备用。在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将3Kg的七水硫酸亚铁与1L的水混合，搅拌15分钟之后，加入0.1Kg的氧化剂，持续搅拌3分钟，得到改性剂溶液，备用。在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将上述的香蕉皮提取液与改性剂溶液混合，搅拌5分钟，然后加热30分钟，加热温度为50℃，室温下静置熟化48小时，制得改性香蕉皮液体混凝剂。
实施例2
将香蕉皮烘干粉碎，过4目筛，得到粉末态香蕉皮，备用。在50转/分钟~100转/分钟的搅拌速度下，将60L的质量分数为5%的氢氧化钠溶液加入到上述5Kg的粉末态香蕉皮中，搅拌5分钟，得到浸泡液，然后加热1小时，加热温度为55℃，得到香蕉皮提取液，备用。在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将10Kg的七水硫酸亚铁与5L的水混合，搅拌15分钟之后，加入0.4Kg的氧化剂，持续搅拌10分钟，得到改性剂溶液，备用。在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将上述的香蕉皮提取液与改性剂溶液混合，搅拌10分钟，然后加热20分钟，加热温度为40℃，冷却到室温，再在50转/分钟~100转/分钟的搅拌速度下，加入0.02Kg的稳定剂，持续搅拌1分钟，室温下静置熟化10小时，制得改性香蕉皮液体混凝剂。
实施例3
将香蕉皮烘干粉碎，过4目筛，得到粉末态香蕉皮，备用。在50转/分钟~100转/分钟的搅拌速度下，将23L的质量分数为10%的氢氧化钠溶液加入到上述8Kg的粉末态香蕉皮中，搅拌3分钟，得到浸泡液，然后加热0.3小时，加热温度为60℃，得到香蕉皮提取液，备用。在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将3Kg的七水硫酸亚铁与2L的水混合，搅拌10分钟之后，加入0.2Kg的氧化剂，持续搅拌10分钟，得到改性剂溶液，备用。在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将上述的香蕉皮提取液与改性剂溶液混合，搅拌5分钟，然后加热30分钟，加热温度为50℃，冷却到室温，再在50转/分钟~100转/分钟的搅拌速度下，加入0.007Kg的稳定剂，持续搅拌3分钟，室温下静置熟化48小时，制得改性香蕉皮液体混凝剂。
实施例4
将香蕉皮烘干粉碎，过4目筛，得到粉末态香蕉皮，备用。在50转/分钟~100转/分钟的搅拌速度下，将35L的质量分数为2%的氢氧化钠溶液加入到上述5Kg的粉末态香蕉皮中，搅拌3分钟，得到浸泡液，然后加热2小时，加热温度为60℃，得到香蕉皮提取液，备用。在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将3Kg的七水硫酸亚铁与1L的水混合，搅拌15分钟之后，加入0.1Kg的氧化剂，持续搅拌3分钟，得到改性剂溶液，备用。在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将上述的香蕉皮提取液与改性剂溶液混合，搅拌5分钟，然后加热30分钟，加热温度为50℃，室温下静置熟化48小时，制得改性香蕉皮液体混凝剂。将上述改性香蕉皮液体混凝剂制成粉末状固体产品。
实施例5
将香蕉皮烘干粉碎，过4目筛，得到粉末态香蕉皮，备用。在50转/分钟~100转/分钟的搅拌速度下，将60L的质量分数为5%的氢氧化钠溶液加入到上述5Kg的粉末态香蕉皮中，搅拌5分钟，得到浸泡液，然后加热1小时，加热温度为55℃，得到香蕉皮提取液，备用。在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将10Kg的七水硫酸亚铁与5L的水混合，搅拌15分钟之后，加入0.4Kg的氧化剂，持续搅拌10分钟，得到改性剂溶液，备用。在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将上述的香蕉皮提取液与改性剂溶液混合，搅拌10分钟，然后加热20分钟，加热温度为40℃，冷却到室温，再在50转/分钟~100转/分钟的搅拌速度下，加入0.02Kg的稳定剂，持续搅拌1分钟，室温下静置熟化10小时，制得改性香蕉皮液体混凝剂。将上述改性香蕉皮液体混凝剂制成粉末状固体产品。
实施例6
将香蕉皮烘干粉碎，过4目筛，得到粉末态香蕉皮，备用。在50转/分钟~100转/分钟的搅拌速度下，将23L的质量分数为10%的氢氧化钠溶液加入到上述8Kg的粉末态香蕉皮中，搅拌3分钟，得到浸泡液，然后加热0.3小时，加热温度为60℃，得到香蕉皮提取液，备用。在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将3Kg的七水硫酸亚铁与2L的水混合，搅拌10分钟之后，加入0.2Kg的氧化剂，持续搅拌10分钟，得到改性剂溶液，备用。在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将上述的香蕉皮提取液与改性剂溶液混合，搅拌5分钟，然后加热30分钟，加热温度为50℃，冷却到室温，再在50转/分钟~100转/分钟的搅拌速度下，加入0.007Kg的稳定剂，持续搅拌3分钟，室温下静置熟化48小时，制得改性香蕉皮液体混凝剂。将上述改性香蕉皮液体混凝剂制成粉末状固体产品。
应用实例
将以上实施例1、2、3制备的No.1、2、3改性香蕉皮混凝剂产品以及聚合铝铁（PAF）和聚合氯化铝（PAC）用于高岭土与腐植酸配制的模拟水样的混凝处理，投药量取1.5 mL。原水浊度为74~95 NTU，pH值为8.22~8.45，UV254为0.123~0.143 cm-1，水温为16℃。处理结果见说明书附图的图1、图2、图3。
图1表示改性香蕉皮混凝剂与PAF、PAC的浊度去除率对比。图2表示改性香蕉皮混凝剂与PAF、PAC的色度去除率对比。图3表示改性香蕉皮混凝剂与PAF、PAC的UV254去除率对比。从以上处理结果可见，与聚合铝铁（PAF）相比，改性香蕉皮混凝剂具有较优异的除浊和除色性能，与聚合氯化铝（PAC）相比，改性香蕉皮混凝剂具有较优异的溶解性有机物去除性能。

Claims (3)

1.一种改性香蕉皮混凝剂的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤，以下各组份均按重量百分数计：
（1）将香蕉皮烘干粉碎，过4目筛，得到粉末态香蕉皮，备用；
（2）在50转/分钟~100转/分钟的搅拌速度下，将55%~85%的质量分数为2%~10%的氢氧化钠溶液加入到2.5%~25%的粉末态香蕉皮中，搅拌3分钟~7分钟，得到浸泡液，然后加热0.3小时~3小时，加热温度为55℃~65℃，得到香蕉皮提取液，备用；
（3）在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将5%~13%的七水硫酸亚铁与1%~10%的水混合，搅拌5分钟~15分钟之后，加入0.2%~0.6%的氧化剂，持续搅拌3分钟~10分钟，得到改性剂溶液，备用；
（4）在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将上述的香蕉皮提取液与改性剂溶液混合，搅拌5分钟~10分钟，然后加热10分钟~30分钟，加热温度为30℃~50℃，冷却到室温，再在50转/分钟~100转/分钟的搅拌速度下，加入0%~0.025%的稳定剂，持续搅拌1分钟~3分钟，室温下静置熟化2小时~48小时，制得改性香蕉皮液体混凝剂；
（5）将上述改性香蕉皮液体混凝剂制成粉末状固体产品。
2.根据权利要求1所述的改性香蕉皮混凝剂的制备工艺，其特征在于，所述的氧化剂为工业级的氯酸钠固体或质量分数为10%~13%的次氯酸钠溶液或质量分数为25%~35%的双氧水。
3.根据权利要求1所述的改性香蕉皮混凝剂的制备工艺，其特征在于，所述的稳定剂由工业级的酒石酸钠与质量分数为10%~13%的次氯酸钠溶液与有效组分的质量分数为14%~15%的卡松溶液组成，酒石酸钠与次氯酸钠溶液与卡松溶液的重量比为1：2：0.5。
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