CN1119294C - 一种壳聚糖水处理絮凝剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的壳聚糖水处理絮凝剂的制备方法，首先使虾蟹壳脱去无机盐，进行固液分离，烘干得到脱无机盐产物，使虾蟹壳脱去蛋白质，将反应体系进行固液分离，烘干得到甲壳素产物，脱去乙酰基，将反应体系进行固液分离，烘干得到的固体颗粒即为壳聚糖水处理絮凝剂产品。本发明的产品絮体沉淀速度快，脱水效果良好，最终处理处置方便完全，无二次污染。
Description
本发明涉及一种壳聚糖水处理絮凝剂的制备方法，属于水处理絮凝技术领域。
水处理絮凝技术，是指在水和废水中投加絮凝剂，对水体中的胶体、悬浮固液体以及溶解性有机物通过物理化学作用，从而去除水和废水中的浊度、COD(化学需氧量)、色度、悬浮固体以及其它物质，使水和废水的水质得到净化。水处理絮凝技术包含两方面的内容，絮凝工艺和絮凝剂。絮凝剂是絮凝技术中所投加的药剂，而絮凝工艺是指絮凝剂的投加方式，反应时间以及和多种絮凝剂的复合方式等。目前水处理絮凝技术所使用的絮凝剂主要有无机絮凝剂和有机高分子絮凝剂两大类。其中无机絮凝剂分为离子型和聚合型，有机高分子絮凝剂可分为三类，阴离子、阳离子和非离子型。
已有水处理絮凝剂缺点：
无机水处理絮凝剂目前使用较为广泛的是聚合氯化铝，缺点主要有使用量大，其用量通常是有机水处理絮凝剂的十倍以上；絮体量大，沉淀速度慢，脱水困难，最终处置成本高；残余在水中的铝离子对人体健康有着潜在的危害，长期过量饮用，会导致老年痴呆症；对温度低，浊度低的水质处理效果较差；对有机物微量污染物的去除效果较差。
有机水处理絮凝剂多目前使用较多的是聚丙烯酰胺，它有阴离子、阳离子和非离子型三种，是用化工原料丙烯酰胺聚合生成，目前国产聚丙烯酰胺的主要缺点有产品分子量较低；残余大量有毒丙烯酰胺单体，不能用于给水处理中；生产工艺复杂；对生活污水和印染废水的处理效果不佳。
本发明的目的是提出一种壳聚糖水处理絮凝剂的制备方法，本絮凝剂是一种天然有机高分子水处理絮凝剂，属于弱阳离子型，从虾蟹壳中直接制备。
本发明提出的壳聚糖水处理絮凝剂的制备方法，包括以下各步骤：
1、使虾蟹壳脱去无机盐：在虾蟹壳中加入盐酸，盐酸的浓度为4～6％(质量比)，投加比例为1克虾蟹壳加入10～15ml盐酸，在室温下，反应2.5～15小时，用盐酸控制pH小于4。
2、反应结束后，将反应体系进行固液分离，将分离后的固相冲洗到中性，烘干得到脱无机盐产物。
3、使虾蟹壳脱去蛋白质：在脱无机盐产物中加入氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的浓度为4～10％(质量比)，投加比例是1克脱无机盐产品加入10～15ml氢氧化钠溶液，在85～95℃，反应1～4小时，搅拌速度为50～90转/分。
4、反应结束后，将反应体系进行固液分离，将分离后的固相冲洗到中性，烘干得到甲壳素产物。
5、脱去乙酰基：在甲壳素产物中加入浓氢氧化钠溶液，氢氧化钠的浓度为45-55％(质量比)，投加比例为1克甲壳素产品加入5～10ml·浓氢氧化钠，在温度为50～115℃，反应2～16小时。
6、反应结束后，将反应体系进行固液分离，将分离后的固相冲洗到中性，烘干得到的固体颗粒即为壳聚糖水处理絮凝剂产品。产品为片状半透明固体，有少量珍珠光泽。
本发明制备的壳聚糖水处理絮凝剂，具有以下优点：
使用原料来源广泛，其中虾壳为水产品加工业的废弃物，直接排放会污染环境，盐酸和氢氧化钠也是常用的化学品。
制备工艺简单，所使用的设备都是常规的化工设备，反应条件都在常压下进行，加热条件容易实现；另外生产周期短，操作简单。
产品为天然有机高分子化合物，设有毒副作用，容易生物降解，对环境友好。
絮体沉淀速度快，脱水效果良好，最终处理处置方便完全，无二次污染。
产品对低浊度地表水有良好的处理效果，对浊度为13.8NTU的低浊地表水单独使用可以使浊度去除达到62.3％，与无机絮凝剂复合使用对浊度的去除率可大大提高，达到97％。
产品对高浊度地表水有良好的处理效果，单独使用对530NTU的南京长江 水浊度去除率达到93.8％。
产品对生活污水有良好的处理效果，和无机絮凝剂复合使用对生活污水CODcr的去除率达到62.6％，浊度去除率达到79.4％。
产品对多种染料废水有良好的处理效果，产品单独使用或与聚合氯化铝复合使用对浓度为500mg/l弱酸性红、42批RH、直接耐晒翠蓝GL、直接绿GNB的色度去除率均达到90％以上。
本发明所用的原料虾蟹壳由三部分组成，无机盐、蛋白质和甲壳素，但两者三部分的含量不一样。蟹壳的无机盐含量在68％左右，蛋白质含量在13％左右，甲壳素19％左右。虾壳的无机盐含量在50％左右，蛋白质含量在30％左右，甲壳素20％左右。通过脱无机钙、脱蛋白质得到甲壳素，它是一种N-乙酰基-D-葡胺糖通过β-(1，4)糖苷键连接的直链状多糖，其分子式如下：
将甲壳素上乙酰氨基的乙酰基脱去，使高分子链上带有大量的氨基，从而使得高分子的溶解性能、絮凝性能和配合能力得到大大增强。这就得到壳聚糖水处理絮凝剂，它的分子式如下：
下面介绍本发明的实施例。
实施例一
1、称取蟹壳10.1克，用6％的盐酸150ml在室温下浸泡12小时，用盐酸控制pH小于4。
2、反应结束后，将反应体系进行固液分离，将分离后的固相冲洗到中性，烘干得到脱无机盐产物3.2克。
3、在3.2克脱无机盐产物中加入5％的氢氧化钠溶液32ml在85～90℃下反应3小时，搅拌速度80～90转/分。
4、反应结束后，将反应体系进行固液分离，将分离后的固相冲洗到中性，烘干得到甲壳素产物2.0克。
5、在2.0克甲壳素产物中加入50％的氢氧化钠溶液10.0ml，在50～60℃下反应16小时。
6、反应结束后，将反应体系进行固液分离，将分离后的固相冲洗到中性，烘干得到的固体颗粒即为壳聚糖水处理絮凝剂，重量为1.8克。
实施例二
1、称取蟹壳5.5克，用4％的盐酸82.5ml在室温下浸泡15小时，用盐酸控制pH小于4。
2、反应结束后，将反应体系进行固液分离，将分离后的固相冲洗到中性，烘干得到脱无机盐产物1.7克。
3、在1.7克脱无机盐产物中加入10％的氢氧化钠溶液25ml在90～95℃下反应3小时，搅拌速度50～60转/分。。
4、反应结束后，将反应体系进行固液分离，将分离后的固相冲洗到中性，烘干得到甲壳素产物1.1克。
5、在1.1克甲壳素产物中加入55％的氢氧化钠溶液10.0ml，在105～115℃下反应2小时。
6、反应结束后，将反应体系进行固液分离，将分离后的固相冲洗到中性，烘干后即得到壳聚糖水处理絮凝剂，重量为0.95克。
实施例三
1、称取虾壳5.0克，加入浓度为6％盐酸50ml，在室温下反应2.5小时，用盐酸控制pH小于4。
2、反应结束后，将反应体系进行固液分离，将分离后的固相冲洗到中性，烘干得到脱无机盐产物2.9克。
3、在2.9克脱无机盐产物上加入浓度4％氢氧化钠30ml，在85～95℃下，反应1小时，搅拌速度70～80转/分。
4、反应结束后，将反应体系进行固液分离，将分离后的固相冲洗到中性，烘干得到甲壳素产物0.93克。
5、在0.93克甲壳素产物加入浓度45％氢氧化钠5ml，在105～105℃下，反应时间2小时。
6、反应结束后，将反应体系进行固液分离，将分离后的固相冲洗到中性，烘干后即得到壳聚糖水处理絮凝剂，重量为0.82克。
实施例四
1、称取虾壳5.0克，加入浓度为6％盐酸50ml，在室温下反应6小时，用盐酸控制pH小于4。
2、反应结束后，将反应体系进行固液分离，将分离后的固相冲洗到中性，烘干得到脱无机盐产物2.7克。
3、在2.7克脱无机盐产物上加入浓度4％氢氧化钠30ml，在85～95℃下，反应3小时，搅拌速度70～80转/分。
4、反应结束后，将反应体系进行固液分离，将分离后的固相冲洗到中性，烘干得到甲壳素产物1.0克。
5、在1.0克甲壳素产物加入浓度45％氢氧化钠5ml，在105～115℃下，反应时间2.5小时。
6、反应结束后，将反应体系进行固液分离，将分离后的固相冲洗到中性，烘干后即得到壳聚糖水处理絮凝剂，重量为0.89克。
Claims (1)
1、一种壳聚糖水处理絮凝剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下各步骤：
(1)使虾蟹壳脱去无机盐：在虾蟹壳中加入盐酸，盐酸的质量比浓度为4～6％，投加比例为每克虾蟹壳加入10～15ml盐酸，在室温下，反应2.5～15小时，用盐酸控制pH小于4；
(2)反应结束后，将反应体系进行固液分离，将分离后的固相冲洗到中性，烘干得到脱无机盐产物；
(3)使虾蟹壳脱去蛋白质：在脱无机盐产物中加入氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的质量比浓度为4～10％，投加比例是每克脱无机盐产品加入10～15ml氢氧化钠溶液，在85～95℃，反应1～4小时，搅拌速度为50～90转/分；
(4)反应结束后，将反应体系进行固液分离，将分离后的固相冲洗到中性，烘干得到甲壳素产物；
(5)脱去乙酰基：在甲壳素产物中加入浓氢氧化钠溶液，氢氧化钠的质量比浓度为45-55％，投加比例为每克甲壳素产品加入5～10ml浓氢氧化钠，在温度为50～115℃，反应2～16小时；
(6)反应结束后，将反应体系进行固液分离，将分离后的固相冲洗到中性，烘干得到的固体颗粒即为本发明的壳聚糖水处理絮凝剂产品。
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