專利名稱：生態(tài)安全型復(fù)合絮凝劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污水處理，具體地說是一種用于給水處理、工業(yè)廢水或生活污 水處理中的生態(tài)安全復(fù)合絮凝劑的制備方法。
技術(shù)背景水處理中廣泛應(yīng)用的絮凝劑大致可以分為兩類無機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑。 其中無機(jī)絮凝劑以鋁鹽、鐵鹽及其聚合物為代表，在各類絮凝劑中，無機(jī)絮凝劑 具有原料易得、工藝簡便、價(jià)廉和低毒的特點(diǎn)，始終是絮凝劑的主流；有機(jī)絮凝 劑包括天然有機(jī)高分子絮凝劑和人工合成高分子絮凝劑。天然高分子絮凝劑主要 包括淀粉、羧甲基纖維素等。人工合成高分子絮凝劑以聚丙烯酰胺類為代表，它 們也因?yàn)樾跄Ч?、投加量少在市場上很受歡迎。隨著工業(yè)化程度的提高，工 業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢水量呈上升趨勢，絮凝劑的用量大幅增加，這些絮凝劑在處理水 過程中發(fā)揮了較大的作用，但是這些類型的絮凝劑在生產(chǎn)、使用及后續(xù)處理中， 也給環(huán)境帶來了很大的壓力，并對(duì)人類的健康構(gòu)成了明顯或潛在的危害。 現(xiàn)有資料表明1、水處理過程中，鋁鹽絮凝劑是飲用水中鋁含量增加的主要原因。目前， 以鋁鹽為絮凝劑對(duì)飲用水進(jìn)行凈化處理現(xiàn)象普遍，在去除天然水體中的顆粒物和 其他污染物后，也殘留了不同程度的鋁，飲用水中鋁含量大大超過了未處理水。 鋁對(duì)人體毒性的臨床表現(xiàn)主要有鋁性腦病、鋁性骨病和鋁性貧血等，這些毒性導(dǎo) 致的疾病給人體健康帶來了很大的危害。有比較充分的動(dòng)物和人體資料證據(jù)表 明，鋁對(duì)人的神經(jīng)有毒害作用，且屬于高神經(jīng)毒物。近年來，過量的鋁通過飲用 水、食品、食物鏈、藥物、化妝品等多種途徑進(jìn)入人體，其產(chǎn)生急性中毒的可能 性不大，但低劑量鋁毒的長期影響不容忽視。這些接觸的特點(diǎn)是接觸機(jī)會(huì)多，劑 量低和長期性，各種條件下的急性毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)和大量野外調(diào)查結(jié)果顯示，低劑量 鋁能夠通過長期緩慢積累產(chǎn)生毒性。如何減少和防范鋁毒對(duì)人類健康的影響顯得 尤其重要。因此，應(yīng)當(dāng)采取一些必要防范措施以控制鋁進(jìn)入人體，降低人類健康 風(fēng)險(xiǎn)。2、 目前應(yīng)用范圍最廣、使用量最大的人工合成有機(jī)高分子絮凝劑聚丙烯酰 胺類是低毒的，有些產(chǎn)品可用于飲用水處理，伹在合成過程中丙烯酰胺單體對(duì)人 體健康危害很大。一定劑量的丙烯酰胺單體可引起人體神經(jīng)系統(tǒng)毒性及細(xì)胞染色 體畸變。丙烯酰胺單體毒性問題引起了各國的廣泛關(guān)注。美國FDA規(guī)定了聚丙 烯酰胺中單體含量《0.5%，日本的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為《0.05%，并禁止在給水處理中使 用。離子型，特別是陽離子型聚丙烯酰胺的毒性通常要比非離子型聚丙烯酰胺的 毒性高出數(shù)十倍。3、 天然高分子絮凝劑一般來源于淀粉類、半乳甘露糖類、纖維衍生物類、 動(dòng)物性骨膠類的天然產(chǎn)物。這類物質(zhì)具有無毒、易生物降解、可再生性好、分子 量大、多電荷、對(duì)pH的影響不大、出水污泥少、原料來源廣、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。 正成為研究的熱點(diǎn)。隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高和可持續(xù)發(fā)展的需要，現(xiàn)階段的工作重點(diǎn)則逐漸落 在新型、高效和低毒絮凝劑的研究開發(fā)上，以便更好地提高現(xiàn)有或新建污水處理 設(shè)施的出水能力和凈化效果。本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用范圍廣、無二次污染的生態(tài)安全型復(fù)合絮 凝劑的制備方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明生態(tài)安全型復(fù)合絮凝劑以鐵鹽、羧甲基纖維素、水、氫氧化鈉為原 料，其中鐵鹽、羧甲基纖維素是主要成份，水作為反應(yīng)溶劑，氫氧化鈉用于羧 甲基纖維素的改性；根據(jù)處理對(duì)象污水性質(zhì)的不同，可以在適當(dāng)范圍內(nèi)調(diào)整產(chǎn)品 配方，如果污水中金屬離子濃度高，可以提高羧甲基纖維素的比例；如果處理偏 酸性污水時(shí)，適當(dāng)提高鐵鹽的成分，這樣可以使目標(biāo)污染物處理效率最大化。生態(tài)安全型復(fù)合絮凝劑的制備方法為-1) 羧甲基纖維素(CMC)的改性按質(zhì)量比l: l(MO: 1取羧甲基纖維素 和無機(jī)鐵鹽混合后溶解于水至完全溶解，再緩慢加入所述羧甲基纖維素(CMC)質(zhì)量的0.1~4倍的20%的NaOH溶液充分混合；2) 復(fù)合反應(yīng)將改性后的羧甲基纖維素和無機(jī)鐵鹽的混合溶液在反應(yīng)溫度 20~90 。C溫度條件下改性反應(yīng)0.5-10小時(shí)，得紅棕色乳狀物生態(tài)安全型 復(fù)合絮凝劑。所述步驟2)將改性后的羧甲基纖維素和無機(jī)鐵鹽的混合溶液在反應(yīng)溫 度20~90 °C溫度條件下改性反應(yīng)0.5-10小時(shí)，得紅棕色乳狀物生態(tài)安全型 復(fù)合絮凝劑；所述復(fù)合反應(yīng)時(shí)間為5~6小時(shí)，復(fù)合反應(yīng)溫度控制在40~50°C; 所述無機(jī)鐵鹽為三氯化鐵、硫酸鐵或經(jīng)預(yù)處理的鐵工業(yè)生產(chǎn)中含鐵的廢液、 廢棄物等；所述羧甲基纖維素為農(nóng)作物羧甲基纖維素、紙類羧甲基纖維素、或其他經(jīng)預(yù) 處理的工農(nóng)業(yè)廢棄物中含有的羧甲基纖維素；為了使鐵鹽中鐵成份準(zhǔn)確，所述鐵鹽可以自制，取鐵粉，按常規(guī)方法加入 鹽酸、硫酸或硝酸至完全溶解。本發(fā)明原理如下本發(fā)明在國外先進(jìn)絮凝劑研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)污染生態(tài)化學(xué)和污染控制化 學(xué)原理，應(yīng)用生態(tài)毒理學(xué)方法，通過復(fù)合反應(yīng)，改進(jìn)了絮凝劑產(chǎn)品生態(tài)安全性能， 以廉價(jià)天然高分子羧甲基纖維素和鐵鹽為原料，通過羧甲基纖維素中特有的多羥 基經(jīng)改性后與無機(jī)鐵鹽復(fù)合(絡(luò)合)，形成復(fù)合(絡(luò)合)物，改變鐵離子的化學(xué) 形態(tài)。本發(fā)明中天然高分子羧甲基纖維素與鐵鹽形成的復(fù)合高分子絮凝劑絮凝機(jī) 理是在絮凝初期，鐵鹽通過所帶電荷形成電中和作用(壓縮雙電層)，隨后高 分子復(fù)合物發(fā)揮網(wǎng)捕和架橋(絮凝過程中起主要作用)特性使水體中微小顆粒和 污染物聚集形成絮凝體。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1. 具有生態(tài)安全性。本發(fā)明由天然高分子羧甲基纖維素和無機(jī)高分子鐵鹽 通過上述配方和制作工藝合成，羧甲基纖維素中特有的多羥基經(jīng)改性后與無機(jī)鐵 鹽復(fù)合，改變鐵離子的結(jié)合形式，使活性鐵的濃度大大降低，最大限度的降低甚 至消除了鐵鹽毒性。2. 絮凝性能好。本發(fā)明產(chǎn)品為天然高分子羧甲基纖維素與鐵鹽形成的高分 子絮凝劑，在絮凝初期鐵鹽通過所帶電荷形成電中和作用(壓縮雙電層)，隨后 高分子復(fù)合物發(fā)揮網(wǎng)捕和架橋特性使水體中微小顆粒和污染物聚集形成絮凝體(絮凝過程中起主要作用)，形成的絮凝體很快沉降，因此具有良好的絮凝效果。3. 適用范圍廣。通過調(diào)整配方比例，可以用于各種形式的污水處理，包括各種工業(yè)污水、生活污水，還可用于給水處理。4. 無二次污染。本發(fā)明采用天然高分子羧甲基纖維素為原料，絮凝劑殘留物
很容易被環(huán)境中的微生物降解，不存在二次污染問題。5. 具有首創(chuàng)性，本發(fā)明是首次利用天然高分子羧甲基纖維素和無機(jī)鐵鹽復(fù) 合研制絮凝劑，目前尚未發(fā)現(xiàn)有同類產(chǎn)品的研制和應(yīng)用。6. 變廢為寶，資源再利用。配方中的原料來源廣，價(jià)格低，無機(jī)鐵鹽可以 利用各種含鐵的廢液或者廢渣進(jìn)行制備或者直接利用，羧甲基纖維素可以利用各 種形式的農(nóng)作物秸稈、廢紙、豆渣、玉米皮等進(jìn)行無害化、資源化循環(huán)利用。6.生產(chǎn)條件要求不高，過程簡單，可實(shí)施產(chǎn)業(yè)化。本發(fā)明對(duì)設(shè)備及反應(yīng)條 件要求不高，制作過程簡單，根據(jù)處理對(duì)象和污水性質(zhì)的不同，可以在所述范圍 內(nèi)適當(dāng)調(diào)整其配方，以最大效率地處理目標(biāo)污染物；并且可操作性強(qiáng)，易于實(shí)行 產(chǎn)業(yè)化。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。 實(shí)施例l本發(fā)明以鐵鹽、羧甲基纖維素、水、氫氧化鈉(NaOH)為原料，其中鐵 鹽(FeCl3)、羧甲基纖維素(CMC)是主要成份，水作為反應(yīng)溶劑，NaOH用 于羧甲基纖維素的改性；FeCl3與羧甲基纖維素的質(zhì)量比為1:1;其制備方法為1) 羧甲基纖維素的改性按質(zhì)量比取1克FeCl3和1克羧甲基纖維素固體 倒入同一個(gè)燒杯，用玻璃棒攪拌使它們充分混合，加入20ml的水充分溶 解，再緩慢加入5ml 20%NaOH，攪拌20分鐘直到混合均勻。2) 復(fù)合反應(yīng)將改性后的羧甲基纖維素和FeCl3溶液置于溫度控制在50。C 的水浴中，復(fù)合反應(yīng)3小時(shí)，得紅棕色乳狀物，即產(chǎn)品絮凝劑。實(shí)施例2本發(fā)明以鐵鹽、羧甲基纖維素、水、氫氧化鈉(NaOH)為原料，其中鐵 鹽(FeCl3)、羧甲基纖維素(CMC)是主要成份，水作為反應(yīng)溶劑，NaOH用 于羧甲基纖維素的改性；FeCl3與羧甲基的質(zhì)量比為1:2;其制備方法為1)羧甲基纖維素的改性按質(zhì)量比取1克FeCl3和2克羧甲基纖維素固體倒 入同一個(gè)燒杯，用玻璃棒攪拌使它們充分混合，加入20ml的水充分溶解， 再緩慢加入20ml 20%NaOH，攪拌20分鐘直到混合均勻。2)復(fù)合反應(yīng)將改性后的羧甲基纖維素和FeCl3溶液置于溫度控制在40。C 的水浴中，復(fù)合反應(yīng)5小時(shí)，得紅棕色乳狀物，即產(chǎn)品絮凝劑。 實(shí)施例3本發(fā)明以鐵鹽、羧甲基纖維素、水、氫氧化鈉(NaOH)為原料，其中鐵 鹽(FeCl3)、羧甲基纖維素(CMC)是主要成份，水作為反應(yīng)溶劑，NaOH用 于羧甲基纖維素的改性；FeCl3與羧甲基的質(zhì)量比為2:1;其制備方法為1) 羧甲基纖維素的改性按質(zhì)量比取2克FeCl3和1克羧甲基纖維素固體倒 入同一個(gè)燒杯，用玻璃棒攪拌使它們充分混合，加入10ml的水充分溶解， 再緩慢加入10ml 20%NaOH，攪拌20分鐘直到混合均勻。2) 復(fù)合反應(yīng)將改性后的羧甲基纖維素和FeCl3溶液置于溫度控制在60。C 的水浴中，復(fù)合反應(yīng)4小時(shí)，得紅棕色乳狀物，即產(chǎn)品絮凝劑。實(shí)施例4本發(fā)明以鐵鹽、羧甲基纖維素、水、氫氧化鈉(NaOH)為原料，其中鐵 鹽(FeCl3)、羧甲基纖維素(CMC)是主要成份，水作為反應(yīng)溶劑，NaOH用 于羧甲基纖維素的改性；FeCl3與羧甲基的質(zhì)量比為l:3;其制備方法為1) 羧甲基纖維素的改性按質(zhì)量比取1克FeCl3和3克羧甲基纖維素固體倒 入同一個(gè)燒杯，用玻璃棒攪拌使它們充分混合，加入20ml的水充分溶解， 再緩慢加入5ml 20%NaOH，攪拌20分鐘直到混合均勻。2) 復(fù)合反應(yīng)將改性后的羧甲基纖維素和FeCl3溶液置于溫度控制在30 。C 的水浴中，復(fù)合反應(yīng)6小時(shí)，得紅棕色乳狀物，即產(chǎn)品絮凝劑。實(shí)施例5與之前實(shí)例不同之處在于本實(shí)施例原料中鐵鹽為自制溶液。 具體制備方法為-1) 鐵鹽的制備l克鐵粉用20n/。HCl至完全溶解配成FeCl3。2) 羧甲基纖維素的改性按質(zhì)量比取l克FeCl3和3克羧甲基纖維素固體 倒入同一個(gè)燒杯，用玻璃棒攪拌使它們充分混合，加入20ml的水充分溶 解，再緩慢加入5ml 20%NaOH，攪拌20分鐘直到混合均勻。3) 復(fù)合反應(yīng)將改性后的羧甲基纖維素和FeCb溶液置于溫度控制在30nC
的水浴中，復(fù)合反應(yīng)6小時(shí)，得紅棕色乳狀物，即產(chǎn)品絮凝劑c
權(quán)利要求
1.一種生態(tài)安全型復(fù)合絮凝劑的制備方法，其特征在于以無機(jī)鐵鹽、羧甲基纖維素、水和NaOH為原料，按如下方法制備1)羧甲基纖維素(CMC)的改性按質(zhì)量比10∶1～10∶100取無機(jī)鐵鹽和羧甲基纖維素混合后溶解于水至完全溶解，再緩慢加入所述羧甲基纖維素(CMC)質(zhì)量的0.1～4倍的20％的NaOH溶液充分混合；2)復(fù)合反應(yīng)將改性后的羧甲基纖維素和無機(jī)鐵鹽的混合溶液在反應(yīng)溫度20～90℃溫度條件下改性反應(yīng)0.5～10小時(shí)，得紅棕色乳狀物生態(tài)安全型復(fù)合絮凝劑。
2. 按照權(quán)利要求1所述生態(tài)安全型復(fù)合絮凝劑的制備方法，其特征在于所述無 機(jī)鐵鹽為三氯化鐵、硫酸鐵或經(jīng)預(yù)處理的鐵工業(yè)生產(chǎn)中含三價(jià)鐵離子的廢液、廢棄物。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述生態(tài)安全型復(fù)合絮凝劑的制備方法，其特征在于所 述羧甲基纖維素為農(nóng)作物羧甲基纖維素、紙類羧甲基纖維素、或其他經(jīng)預(yù)處理的工農(nóng) 業(yè)廢棄物中含有的羧甲基纖維素。
4.按照權(quán)利要求1所述生態(tài)安全型復(fù)合絮凝劑的制備方法，其特征在于所述鐵鹽與羧甲基纖維素的質(zhì)量比范圍為l: 3。
5. 按照權(quán)利要求1所述生態(tài)安全型復(fù)合絮凝劑的制備方法，其特征在于所述 用于羧甲基纖維素與NaOH的質(zhì)量比范圍為2: 1~1: 2。
6. 按照權(quán)利要求1所述生態(tài)安全型復(fù)合絮凝劑的制備方法，其特征在于所述 復(fù)合反應(yīng)時(shí)間為5 6小時(shí)。
7. 按照權(quán)利要求1所述生態(tài)安全型復(fù)合絮凝劑的制備方法，其特征在于所述 復(fù)合反應(yīng)溫度控制在40~50°C。
8. 按照權(quán)利要求1所述生態(tài)安全型復(fù)合絮凝劑的制備方法，其特征在于所述鐵鹽可以自制，取鐵粉，按常規(guī)方法加入鹽酸、硫酸或硝酸至完全溶解。
全文摘要
本發(fā)明涉及污水處理領(lǐng)域，具體地說是一種用于工業(yè)廢水或生活污水處理的生態(tài)安全型復(fù)合絮凝劑的制備方法。它以無機(jī)鐵鹽、羧甲基纖維素(CMC)、水和氫氧化鈉(NaOH)為原料，其中鐵鹽、羧甲基纖維素(CMC)是主要成分，水作為反應(yīng)溶劑，氫氧化鈉用于羧甲基纖維素(CMC)的改性。具體制備方法將無機(jī)鐵鹽與羧甲基纖維素、羧甲基纖維素和氫氧化鈉按照特定的比例加入反應(yīng)體系，并根據(jù)反應(yīng)進(jìn)程依次調(diào)控反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間，進(jìn)行羧甲基纖維素的改性、二者的復(fù)合反應(yīng)等過程，最終得到紅棕色乳狀絮凝劑產(chǎn)品。
文檔編號(hào)C02F1/52GK101125699SQ200710059469
公開日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2007年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月4日
發(fā)明者濤 華, 周啟星, 馬月珠 申請(qǐng)人:南開大學(xué)