本發(fā)明屬于制備天然復(fù)合絮凝劑的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用中藥藥渣制備天然復(fù)合絮凝劑的方法。
背景技術(shù)：
在水處理技術(shù)中，絮凝沉淀法是一種被廣泛應(yīng)用且必不可少的技術(shù)，而絮凝劑又是絮凝沉淀處理效果好壞的關(guān)鍵。天然有機(jī)高分子絮凝劑，由于其原料來源廣泛、價格低廉、無毒、易生物降解、在自然界形成良性循環(huán)等優(yōu)點(diǎn)，被列為環(huán)境友好型水處理劑。中藥藥渣中含有大量淀粉、纖維素和蛋白質(zhì)，藥渣量大且沒有進(jìn)行有效的利用和開發(fā)，造成了大量的資源浪費(fèi)，如果能將其整合利用起來，不僅是變廢為寶，也節(jié)省了處理藥渣的費(fèi)用。
現(xiàn)有制備天然復(fù)合絮凝劑的方法，如2010年06月02日授權(quán)公告的公告號為CN 101284693B“天然有機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑及其生產(chǎn)方法和應(yīng)用”的發(fā)明專利，該專利公開的方法是：先將紫麻皮或刨花楠皮進(jìn)行粉碎，然后輸送進(jìn)入水化復(fù)合反應(yīng)罐，加清水加熱，在攪拌條件下分散，再加入用稀有機(jī)酸溶解后的殼聚糖溶液，充分復(fù)合反應(yīng)，再經(jīng)研磨過濾得產(chǎn)品。該方法存在的主要缺點(diǎn)有：①生產(chǎn)過程中采用加熱水化，加熱溫度高，受熱時間長，容易結(jié)焦，不便于連續(xù)生產(chǎn)；②該工藝僅將殼聚糖與紫麻皮或刨花楠皮進(jìn)行共混，未對多糖進(jìn)行結(jié)構(gòu)改性，使其絮凝能力受到一定限制；③所用原料殼聚糖成本較高，將這種絮凝劑用于水處理成本仍然較大；④生產(chǎn)得到的復(fù)合絮凝劑為膠體狀，不便于運(yùn)輸，儲存時間短。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有生產(chǎn)復(fù)合絮凝劑方法的不足之處，提供一種用中藥藥渣制備天然復(fù)合絮凝劑的方法，該方法具有生產(chǎn)工藝簡單、穩(wěn)定、資源綜合利用率高、原料易得且低廉、無有害物質(zhì)排放等特點(diǎn)。采用本發(fā)明方法制備出的復(fù)合絮凝劑具有性能穩(wěn)定、安全有效等特點(diǎn)。
本發(fā)明的機(jī)理是：蒸汽爆破法是將原料置于高溫、高壓的環(huán)境中，原料被過熱液體潤脹，孔隙中充滿蒸汽，當(dāng)瞬間解除高壓時，原料孔隙中的過熱液體迅速汽化，體積急劇膨脹而使細(xì)胞“爆破”。經(jīng)該法預(yù)處理中藥藥渣，原料的結(jié)晶結(jié)構(gòu)被打破，使反應(yīng)的可及性顯著增加，從而提高后續(xù)反應(yīng)效率。陽離子化試劑3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨不僅可與纖維素、淀粉中的羥基發(fā)生親核取代，還可與蛋白質(zhì)分子中的-NH2、-COOH、-OH等官能團(tuán)進(jìn)行陽離子化反應(yīng)，從而使纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)同時陽離子化，得到復(fù)合絮凝劑。同時，離子化反應(yīng)中，采用微波輔助，分子在電磁場作用下極化，并隨電磁場的變化而變化，產(chǎn)生高頻振蕩，這樣極化分子本身的熱運(yùn)動和分子之間的相對運(yùn)動會產(chǎn)生類似摩擦、碰撞、振動、擠壓的作用，使所在體系能量增高并快速升溫，從而使反應(yīng)在短時間內(nèi)完成，并且減少反應(yīng)過程中的有機(jī)溶劑使用。由于需要處理的廢水大部分顆粒和膠體都帶有負(fù)電荷，陽離子型絮凝劑可以與水中微粒起電荷中和及吸附架橋作用，使微粒脫穩(wěn)、絮凝，有助于沉降和過濾脫水。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種用中藥藥渣制備天然復(fù)合絮凝劑的方法，以中藥藥渣為原料，經(jīng)過爆氣處理、浸提分離、陽離子化、洗滌干燥等生產(chǎn)得到產(chǎn)品。其具體的方法步驟如下：
（1）爆氣處理
以中藥藥渣為原料，先將不銹鋼高壓反應(yīng)釜與高壓蒸汽發(fā)生器連接，組成自制的蒸汽爆破裝置。接著再按照中藥藥渣的質(zhì)量（g）：不銹鋼高壓反應(yīng)釜的體積（mL）比為1：10～30的比例，將中藥藥渣加入不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，然后通入高壓蒸汽，直至釜內(nèi)壓力達(dá)到3.0～6.0 MPa時為止，保持30～60 min后開啟中壓蝶閥，進(jìn)行爆氣處理，收集爆氣中藥藥渣。對于收集的爆氣中藥藥渣，用于下一步處理。其中，中藥藥渣為三七渣、黃芪渣、黨參渣，且不限于列舉的中藥藥渣。
（2）浸提分離
第（1）步完成后，按照第（1）步收集的爆氣中藥藥渣的質(zhì)量（g）：蒸餾水的體積（mL）比為1：15～30的比例，將爆氣中藥藥渣分散于蒸餾水中，在攪拌速度為150～200 r/min，溫度為30～45 ℃的條件下，浸提2～3 h。提取完成后，將浸提混合物泵入壓濾機(jī)中，在0.20～0.30 MPa下，控制濾膜孔徑為200～400目，進(jìn)行壓濾。壓濾結(jié)束后，分別收集濾過液和濾渣。對于收集的濾渣，用于下一步處理；對于收集的濾過液，泵入反滲透濃縮器中，在0.15～0.25 MPa下，進(jìn)行反滲透濃縮，直到反滲透截留液的體積減少至原體積的20～30%為止，分別收集反滲透透過液和反滲透截留液。對于收集的反滲透透過液為蒸餾水，可再次用于第（2）步的浸提；對于收集的反滲透截留液，富含水溶性蛋白質(zhì)、氨基酸、多糖、微量元素等，經(jīng)冷凍干燥可作為動物飼料添加劑。
（3）陽離子化
第（2）步完成后，先按照3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～30%的NaOH水溶液體積比為1：10～15的比例，混合均勻得混合液。再按照第（2）步收集的濾渣的質(zhì)量（g）：混合液的體積（mL）比為1：6～12的比例，將混合液迅速噴灑到濾渣上，充分混勻。然后再放入微波反應(yīng)器中，在微波功率為150～200 W的條件下，反應(yīng)5～10 min，反應(yīng)完成后，收集反應(yīng)產(chǎn)物，用于下一步處理。
（4）洗滌干燥
第（3）步完成后，將第（3）步收集的反應(yīng)產(chǎn)物，用無水乙醇洗滌至中性，分別收集洗滌液和洗滌渣。對于收集的洗滌液回收乙醇后可再次用于洗滌；對于收集的洗滌渣，在40～50 ℃下干燥，即得天然復(fù)合絮凝劑產(chǎn)品。
本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，主要有以下效果：
1、本發(fā)明制備得到的天然復(fù)合絮凝劑，采用天然藥渣為原料，相對于傳統(tǒng)單一絮凝劑絮凝效果更佳，且容易降解，不會對環(huán)境造成污染，安全有效。
2、本發(fā)明在生產(chǎn)過程中，使用蒸汽爆破裝置和微波反應(yīng)器聯(lián)合作用，反應(yīng)的可及性顯著增加，最終制備得到的產(chǎn)品絮凝效果更好。
3、本發(fā)明在生產(chǎn)過程中，以廢棄中藥藥渣為原料，成本低廉且廢物變廢為寶；生產(chǎn)過程中物料回收循環(huán)利用，且得到飼料添加劑副產(chǎn)品。
4、本發(fā)明在生產(chǎn)過程中，主要使用自制爆破裝置、微波、干燥等設(shè)備，生產(chǎn)設(shè)備簡單，操作簡便且易于控制，因此生產(chǎn)安全又降低生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式，進(jìn)一步說明本發(fā)明。
實(shí)施例1
一種用中藥藥渣制備天然復(fù)合絮凝劑的方法，具體方法步驟如下：
（1）爆氣處理
以中藥藥渣為原料，先將不銹鋼高壓反應(yīng)釜與高壓蒸汽發(fā)生器連接，組成自制的蒸汽爆破裝置。接著再按照中藥藥渣的質(zhì)量（g）：不銹鋼高壓反應(yīng)釜的體積（mL）比為1：10的比例，將中藥藥渣加入不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，然后通入高壓蒸汽，直至釜內(nèi)壓力達(dá)到3.0 MPa時為止，保持30 min后開啟中壓蝶閥，進(jìn)行爆氣處理，收集爆氣中藥藥渣。對于收集的爆氣中藥藥渣，用于下一步處理。其中，中藥藥渣為三七渣。
（2）浸提分離
第（1）步完成后，按照第（1）步收集的爆氣中藥藥渣的質(zhì)量（g）：蒸餾水的體積（mL）比為1：15的比例，將爆氣中藥藥渣分散于蒸餾水中，在攪拌速度為150 r/min，溫度為30 ℃的條件下，浸提2 h。提取完成后，將浸提混合物泵入壓濾機(jī)中，在0.20 MPa下，控制濾膜孔徑為200目，進(jìn)行壓濾。壓濾結(jié)束后，分別收集濾過液和濾渣。對于收集的濾渣，用于下一步處理；對于收集的濾過液，泵入反滲透濃縮器中，在0.15 MPa下，進(jìn)行反滲透濃縮，直到反滲透截留液的體積減少至原體積的20%為止，分別收集反滲透透過液和反滲透截留液。對于收集的反滲透透過液為蒸餾水，可再次用于第（2）步的浸提；對于收集的反滲透截留液，富含水溶性蛋白質(zhì)、氨基酸、多糖、微量元素等，經(jīng)冷凍干燥可作為動物飼料添加劑。
（3）陽離子化
第（2）步完成后，先按照3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的NaOH水溶液體積比為1：10的比例，混合均勻得混合液。再按照第（2）步收集的濾渣的質(zhì)量（g）：混合液的體積（mL）比為1：6的比例，將混合液迅速噴灑到濾渣上，充分混勻。然后再放入微波反應(yīng)器中，在微波功率為150 W的條件下，反應(yīng)5 min，反應(yīng)完成后，收集反應(yīng)產(chǎn)物，用于下一步處理。
（4）洗滌干燥
第（3）步完成后，將第（3）步收集的反應(yīng)產(chǎn)物，用無水乙醇洗滌至中性，分別收集洗滌液和洗滌渣。對于收集的洗滌液回收乙醇后可再次用于洗滌；對于收集的洗滌渣，在40 ℃下干燥，即得天然復(fù)合絮凝劑產(chǎn)品。
實(shí)施例2
一種用中藥藥渣制備天然復(fù)合絮凝劑的方法，具體方法步驟如下：
（1）爆氣處理
以中藥藥渣為原料，先將不銹鋼高壓反應(yīng)釜與高壓蒸汽發(fā)生器連接，組成自制的蒸汽爆破裝置。接著再按照中藥藥渣的質(zhì)量（g）：不銹鋼高壓反應(yīng)釜的體積（mL）比為1：20的比例，將中藥藥渣加入不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，然后通入高壓蒸汽，直至釜內(nèi)壓力達(dá)到4.5 MPa時為止，保持45 min后開啟中壓蝶閥，進(jìn)行爆氣處理，收集爆氣中藥藥渣。對于收集的爆氣中藥藥渣，用于下一步處理。其中，中藥藥渣為黃芪渣。
（2）浸提分離
第（1）步完成后，按照第（1）步收集的爆氣中藥藥渣的質(zhì)量（g）：蒸餾水的體積（mL）比為1：25的比例，將爆氣中藥藥渣分散于蒸餾水中，在攪拌速度為180 r/min，溫度為40 ℃的條件下，浸提2.5 h。提取完成后，將浸提混合物泵入壓濾機(jī)中，在0.25 MPa下，控制濾膜孔徑為300目，進(jìn)行壓濾。壓濾結(jié)束后，分別收集濾過液和濾渣。對于收集的濾渣，用于下一步處理；對于收集的濾過液，泵入反滲透濃縮器中，在0.20 MPa下，進(jìn)行反滲透濃縮，直到反滲透截留液的體積減少至原體積的25%為止，分別收集反滲透透過液和反滲透截留液。對于收集的反滲透透過液為蒸餾水，可再次用于第（2）步的浸提；對于收集的反滲透截留液，富含水溶性蛋白質(zhì)、氨基酸、多糖、微量元素等，經(jīng)冷凍干燥可作為動物飼料添加劑。
（3）陽離子化
第（2）步完成后，先按照3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的NaOH水溶液體積比為1：12的比例，混合均勻得混合液。再按照第（2）步收集的濾渣的質(zhì)量（g）：混合液的體積（mL）比為1：9的比例，將混合液迅速噴灑到濾渣上，充分混勻。然后再放入微波反應(yīng)器中，在微波功率為180 W的條件下，反應(yīng)8 min，反應(yīng)完成后，收集反應(yīng)產(chǎn)物，用于下一步處理。
（4）洗滌干燥
第（3）步完成后，將第（3）步收集的反應(yīng)產(chǎn)物，用無水乙醇洗滌至中性，分別收集洗滌液和洗滌渣。對于收集的洗滌液回收乙醇后可再次用于洗滌；對于收集的洗滌渣，在45 ℃下干燥，即得天然復(fù)合絮凝劑產(chǎn)品。
實(shí)施例3
一種用中藥藥渣制備天然復(fù)合絮凝劑的方法，具體方法步驟如下：
（1）爆氣處理
以中藥藥渣為原料，先將不銹鋼高壓反應(yīng)釜與高壓蒸汽發(fā)生器連接，組成自制的蒸汽爆破裝置。接著再按照中藥藥渣的質(zhì)量（g）：不銹鋼高壓反應(yīng)釜的體積（mL）比為1：30的比例，將中藥藥渣加入不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，然后通入高壓蒸汽，直至釜內(nèi)壓力達(dá)到6.0 MPa時為止，保持60 min后開啟中壓蝶閥，進(jìn)行爆氣處理，收集爆氣中藥藥渣。對于收集的爆氣中藥藥渣，用于下一步處理。其中，中藥藥渣為黨參渣。
（2）浸提分離
第（1）步完成后，按照第（1）步收集的爆氣中藥藥渣的質(zhì)量（g）：蒸餾水的體積（mL）比為1：30的比例，將爆氣中藥藥渣分散于蒸餾水中，在攪拌速度為200 r/min，溫度為45 ℃的條件下，浸提3 h。提取完成后，將浸提混合物泵入壓濾機(jī)中，在0.30 MPa下，控制濾膜孔徑為400目，進(jìn)行壓濾。壓濾結(jié)束后，分別收集濾過液和濾渣。對于收集的濾渣，用于下一步處理；對于收集的濾過液，泵入反滲透濃縮器中，在0.25 MPa下，進(jìn)行反滲透濃縮，直到反滲透截留液的體積減少至原體積的30%為止，分別收集反滲透透過液和反滲透截留液。對于收集的反滲透透過液為蒸餾水，可再次用于第（2）步的浸提；對于收集的反滲透截留液，富含水溶性蛋白質(zhì)、氨基酸、多糖、微量元素等，經(jīng)冷凍干燥可作為動物飼料添加劑。
（3）陽離子化
第（2）步完成后，先按照3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的NaOH水溶液體積比為1：15的比例，混合均勻得混合液。再按照第（2）步收集的濾渣的質(zhì)量（g）：混合液的體積（mL）比為1：12的比例，將混合液迅速噴灑到濾渣上，充分混勻。然后再放入微波反應(yīng)器中，在微波功率為200 W的條件下，反應(yīng)10 min，反應(yīng)完成后，收集反應(yīng)產(chǎn)物，用于下一步處理。
（4）洗滌干燥
第（3）步完成后，將第（3）步收集的反應(yīng)產(chǎn)物，用無水乙醇洗滌至中性，分別收集洗滌液和洗滌渣。對于收集的洗滌液回收乙醇后可再次用于洗滌；對于收集的洗滌渣，在50 ℃下干燥，即得天然復(fù)合絮凝劑產(chǎn)品。
以下僅以上述實(shí)施例1做試驗(yàn)，通過高嶺土模擬污水處理試驗(yàn)例來驗(yàn)證本發(fā)明產(chǎn)品的效果。
以市售高嶺土配制成濃度為500 mg/L的懸濁液來模擬污水，首先測定其初始濁度；然后在1.0 L模擬污水中加入5.0 mg復(fù)合絮凝劑，控制攪拌速度為200 r/min，快速攪拌30 s，使絮凝劑均勻分散；接著再降低攪拌速度至40 r/min，30 min后停止攪拌，靜置沉淀30 min，取上清液測其殘余濁度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合絮凝劑對模擬污水的濁度去除率可達(dá)81.7%。
最后需要說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制技術(shù)方案，盡管申請人參照較佳的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，那些對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。