CN106587296A - 一种竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料及其制备方法。采用方法的要点是将竹浆浆板经过剪断、水洗、干燥、粉碎处理粉化纤维素，采用氢氧化钠和尿素冷冻溶液溶解纤维素粉末，加入引发剂，与聚丙烯酰胺接枝聚合，再加入活性炭进行充分混合，制备出一种絮凝脱色复合功能材料。本发明在制备絮凝脱色材料的过程中加入了活性炭，保证良好絮凝效果的同时，提高了材料的脱色能力，增强了脱色和絮凝同时达到效果的复合功能，能够部分简化工厂中先絮凝后脱色的处理工序，达到固体悬浮物与溶解性污染物一步脱除的效果，降低处理成本，提高经济效益，同时还可拓展竹浆纤维的应用领域，提高产品附加值，增大絮凝脱色产品的应用范围。

Description

一种竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，特别是涉及一种竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料及其制备方法。

背景技术

絮凝技术是目前国内外用于提高废水处理效率的一种既经济又简便的水处理技术，已经被广泛应用于给水及饮用水处理、工业废水处理和食品发酵工业等领域。絮凝剂在用水与废水处理和生产过程的固液分离中占有重要的地位，絮凝剂的选择与使用直接关系絮凝效果的优劣。近些年，随着人们对更加环境友好和可持续发展要求，天然高分子絮凝剂受到越来越多的关注。

然而目前，在有机高分子絮凝脱色领域，絮凝剂不能兼顾絮凝与脱色两种功效，且存在对环境二次污染和污泥降解困难等问题。在絮凝脱色材料的制备领域，中国专利(CN101307119B)“一种两性型壳聚糖絮凝剂的制备方法”将壳聚糖溶解在丙烯酸的水溶液中，丙烯酸溶液的质量百分浓度为0.1-1％，配制成壳聚糖的质量百分浓度为1-3％的溶液，在得到的溶液中加入硝酸铈铵引发剂，再加入丙烯酰胺，丙烯酰胺与壳聚糖的质量比为1:1-8:1，在45-65℃反应2-4小时，制备得到两性型壳聚糖絮凝剂，并对其絮凝性能进行了表征；中国专利(CN105504161A)“一种阴离子型高分子絮凝剂及其制备方法”将去离子水、螯合剂、链转移剂和对丙烯酰胺苯甲酸钠加入到反应器中，并调节pH值为5-9后加入丙烯酸乙酯酸钠，通N₂后加入引发剂，然后引发聚合，得到透明粘稠共聚物，冷却至室温后洗涤、干燥，得到阴离子型高分子絮凝剂，用于处理油田废水；中国专利(CN101143743B)“一种阳离子型高分子絮凝剂的制备方法”以丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、季铵化试剂、去离子水为原料，使用不同的引发剂体系，严格控制反应物浓度，在常压下水溶液聚合，并对其絮凝性能进行了表征；美国专利(US 20140158633A1)“Particle suspensions offlocculating polymer powders and powder flocculant polymer blends”以聚环氧乙烷和聚丙烯酰胺制得粉末混合物絮凝剂，粉末混合物絮凝剂用于废水净化和纤维脱水；美国专利(US20150076070A1)“Advanced treatment method for biochemical tail waterof coking wastewater”以聚合硫酸铁(PFS)和聚丙烯酰胺(PAM)作为絮凝剂，用于生物处理废水的预处理，并使用氢氧化钠溶液作为用于再生纳米复合材料的解吸试剂，可广泛应用于焦化废水的先进处理和综合利用。截止目前，还未见到利用竹浆纤维素和聚丙烯酰胺作为原料，同时加入活性炭，用以制备絮凝脱色复合功能材料的相关工艺技术出现。

竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料采用天然竹子纤维素为骨架材料，接枝聚丙烯酰胺，加入活性炭，处理废水中微溶及可溶性污染物，絮凝沉淀，降低色度，兼顾絮凝和脱色性能，可达到废水中悬浮物与溶解性污染物的同时去除，适用于印染废水和市政废水等污水处理，具有环境和经济的重要现实意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种增强脱色与絮凝复合效果的竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是采用以下步骤：

1)将竹浆浆板剪成块状、用微型植物粉碎机打碎，经220-320目筛网过滤，得到粒径为0.042-0.068mm的竹浆纤维素粉末；

2)称取步骤1)中得到的竹浆纤维素粉末，溶于5℃预冷冻90min的氢氧化钠/尿素混合溶液中，磁力搅拌5-15min，薄膜密封放入-10--15℃的冰箱里冷冻50-80min，得到冷冻纤维素溶液；

3)将步骤2)得到的冷冻纤维素溶液在磁力搅拌作用下，通入氮气60min，35-45℃加入引发剂引发30-60min，加入聚丙烯酰胺进行接枝聚合，聚丙烯酰胺与竹浆纤维素粉末的质量比为1.5-2.5:1，置于35-45℃温度中反应90-150min，得到粘稠聚合物液体；

4)在步骤3)得到的粘稠聚合物液体中加入活性炭，磁力搅拌15-60min，反应体系保持35～45℃温度，得到竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料。

进一步的，所述步骤2)中氢氧化钠/尿素混合溶液，其中氢氧化钠和尿素的质量分数分别为5wt％和14wt％，氢氧化钠/尿素混合溶液与竹浆纤维素粉末的质量比为25-35:1。

进一步的，所述步骤3)中引发剂为过硫酸钾/亚硫酸氢钠构成的氧化-还原复合引发剂，氧化-还原复合引发剂与竹浆纤维素粉末的质量比为0.1-0.3:1，氧化-还原复合引发剂中过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为1:1.5-3。

进一步的，所述步骤4)中活性炭目数为10-200目，活性炭与竹浆纤维素粉末的质量比为1-3:1。

与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：

本发明资源化利用了我国丰富的竹子资源，在制备絮凝脱色复合功能材料过程中引入价格低廉、来源广泛的竹浆纤维，作为分子基本骨架，部分替代原有高分子材料。加入活性炭复合，处理废水中微溶及可溶性污染物，保持良好絮凝能力的同时，增强其脱色能力，实现固体悬浮物与溶解性污染物的一步脱除，降低了废水处理工段成本，适用于印染废水和市政废水的处理，具有重要的环境和经济效益。

附图说明

图1是实施例1制备的竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料产品的数码照片：a为加入活性炭前的粘稠聚合物液体，b为加入活性炭之后的竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料产品。

图2是实施例1制备的竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料产品絮凝脱色处理模拟染料溶液的效果照片：a为絮凝脱色处理前的模拟染料溶液照片，b为絮凝脱色处理后的模拟染料溶液照片。

图3是实施例1制备的竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料产品絮凝脱色处理实际印染废水的效果照片：a为絮凝脱色处理前的实际印染废水照片，b为絮凝脱色处理后的实际印染废水照片。

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)将竹浆浆板剪成块状、用微型植物粉碎机打碎，经220目筛网过滤，得到粒径为0.068mm的竹浆纤维素粉末；

2)称取步骤1)中得到的竹浆纤维素粉末，溶于5℃预冷冻90min的5％氢氧化钠/14％尿素混合溶液中，5％氢氧化钠/14％尿素混合溶液与竹浆纤维素粉末的质量比为25:1，磁力搅拌5min，薄膜密封放入-15℃的冰箱里冷冻80min，得到冷冻纤维素溶液；

3)将步骤2)得到的冷冻纤维素溶液在磁力搅拌作用下，通入氮气60min，45℃加入过硫酸钾/亚硫酸氢钠复合引发剂引发30min，氧化-还原复合引发剂与竹浆纤维素粉末的质量比为0.3:1，氧化-还原复合引发剂中过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为1:1.5，加入聚丙烯酰胺进行接枝聚合，聚丙烯酰胺与竹浆纤维素粉末的质量比为1.5:1，置于45℃温度中反应150min，得到粘稠聚合物液体；

4)在步骤3)得到的粘稠聚合物液体中加入200目活性炭，活性炭与竹浆纤维素粉末的质量比为1:1，磁力搅拌15min，整个反应体系温度保持45℃，得到竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料(a)。

实施例2：

1)将竹浆浆板剪成块状、用微型植物粉碎机打碎，经280目筛网过滤，得到粒径为0.056mm的竹浆纤维素粉末；

2)称取步骤1)中得到的竹浆纤维素粉末，溶于5℃预冷冻90min的5％氢氧化钠/14％尿素混合溶液中，5％氢氧化钠/14％尿素混合溶液与竹浆纤维素粉末的质量比为30:1，磁力搅拌10min，薄膜密封放入-13℃的冰箱里冷冻70min，得到冷冻纤维素溶液；

3)将步骤2)得到的冷冻纤维素溶液在磁力搅拌作用下，通入氮气60min，40℃加入过硫酸钾/亚硫酸氢钠复合引发剂引发40min，氧化-还原复合引发剂与竹浆纤维素粉末的质量比为0.25:1，氧化-还原复合引发剂中过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为1:2，加入聚丙烯酰胺进行接枝聚合，聚丙烯酰胺与竹浆纤维素粉末的质量比为2:1，置于40℃温度中反应130min，得到粘稠聚合物液体；

4)在步骤3)得到的粘稠聚合物液体中加入50目活性炭，活性炭与竹浆纤维素粉末的质量比为2:1，磁力搅拌20min，整个反应体系温度保持40℃，得到竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料(b)。

实施例3

1)将竹浆浆板剪成块状、用微型植物粉碎机打碎，经320目筛网过滤，得到粒径为0.042mm的竹浆纤维素粉末；

2)称取步骤1)中得到的竹浆纤维素粉末，溶于5℃预冷冻90min的5％氢氧化钠/14％尿素混合溶液中，5％氢氧化钠/14％尿素混合溶液与竹浆纤维素粉末的质量比为35:1，磁力搅拌15min，薄膜密封放入-10℃的冰箱里冷冻50min，得到冷冻纤维素溶液；

3)将步骤2)得到的冷冻纤维素溶液在磁力搅拌作用下，通入氮气60min，35℃加入过硫酸钾/亚硫酸氢钠复合引发剂引发60min，氧化-还原复合引发剂与竹浆纤维素粉末的质量比为0.1:1，氧化-还原复合引发剂中过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为1:3，加入聚丙烯酰胺进行接枝聚合，聚丙烯酰胺与竹浆纤维素粉末的质量比为2.5:1，置于35℃温度中反应90min，得到粘稠聚合物液体；

4)在步骤3)得到的粘稠聚合物液体中加入10目活性炭，活性炭与竹浆纤维素粉末的质量比为3:1，磁力搅拌60min，整个反应体系温度保持35℃，得到竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料(c)。

测定实施例1、2、3制备的三种竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料的接枝率，同时测定应用于实际印染废水的浊度去除率、色度去除率。表1为实施例1、2、3制备的三种竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料的接枝率测定结果和应用于实际印染废水絮凝脱色过程的浊度去除率、色度去除率测定结果。

由表1中数据可知，采用本发明所述的制备方法获得的竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料(a)、(b)、(c)接枝率在34.6～47.2％，接枝聚合较为理想。将其应用于实际印染废水的絮凝脱色处理，印染废水色度去除率在75.2～89.5％，浊度去除率在76.5～87.0％，说明本发明制备的竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料对实际印染废水具有较好的絮凝脱色效果。

如图1，从实施例1制备的纤维素基复合功能絮凝脱色材料产品的数码照片可看出，产品浓度粘稠，适于用水溶液稀释至所需浓度，加入到实际印染废水中进行絮凝脱色处理；如图2和图3，从实施例1制备的竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料处理模拟染料溶液和实际印染废水效果照片可以看出，絮凝效果显著，脱色效果良好，脱色和絮凝兼顾的效果较好。

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没有做出创造性劳动前提下直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明保护范围。

Claims (4)

1.一种竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将竹浆浆板剪成块状、用微型植物粉碎机打碎，经220-320目筛网过滤，得到粒径为0.042-0.068mm的竹浆纤维素粉末；

2)称取步骤1)中得到的竹浆纤维素粉末，溶于5℃预冷冻90min的氢氧化钠/尿素混合溶液中，磁力搅拌5-15min，薄膜密封放入-10--15℃的冰箱里冷冻50-80min，得到冷冻纤维素溶液；

3)将步骤2)得到的冷冻纤维素溶液在磁力搅拌作用下，通入氮气60min，35-45℃加入引发剂引发30-60min，加入聚丙烯酰胺进行接枝聚合，聚丙烯酰胺与竹浆纤维素粉末的质量比为1.5-2.5:1，置于35-45℃温度中反应90-150min，得到粘稠聚合物液体；

4)在步骤3)得到的粘稠聚合物液体中加入活性炭，磁力搅拌15-60min，体系保持35-45℃温度，得到竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料。

2.根据权利要求1所述的一种纤维素基絮凝脱色复合功能材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤2)中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5wt％和14wt％，氢氧化钠/尿素混合溶液与竹浆纤维素粉末的质量比为25-35:1。

3.根据权利要求1所述的一中竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤3)中引发剂为过硫酸钾/亚硫酸氢钠构成的氧化-还原复合引发剂，氧化-还原复合引发剂与竹浆纤维素粉末的质量比为0.1-0.3:1，氧化-还原复合引发剂中过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为1:1.5-3。

4.根据权利要求1所述的一种竹浆纤维素基絮凝脱色复合功能材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤4)中活性炭目数为10-200目，活性炭与竹浆纤维素粉末的质量比为1-3:1。