申请日2016.07.05
公开(公告)日2016.09.28
IPC分类号C02F1/52; C02F1/56; C02F1/28; C02F101/20; C02F101/30
摘要
一种高效环保污水处理絮凝剂，由以下重量份的原料制成：纳米钻石烯1～5份，聚合氯化铝20～30份，聚丙烯酰胺5～15份，活性炭6～10份，钛酸酯偶联剂0.3～0.9份。其制备方法，包括以下步骤：1)按比例称取各原料;2)将纳米钻石烯加入到水中混合得纳米钻石烯悬浮液;3)依次加入钛酸酯偶联剂和聚丙烯酰胺混合得A液;4)将聚合氯化铝加入到水中混合后，依次加入钛酸酯偶联剂和活性炭混合得B液;5)将A液与B液混合后，蒸发成固体时即得。本发明制备工艺简单，便于工业化应用。制得的絮凝剂对污水中的有机物吸附性能强，形成絮体的速度快，且结构稳定，能够去除污水中大量的重金属，对环境无污染。
权利要求书
1.一种高效环保污水处理絮凝剂，其特征在于，由以下重量份的原料制成：纳米钻石烯1～5份，聚合氯化铝20～30份，聚丙烯酰胺5～15份，活性炭6～10份，钛酸酯偶联剂0.3～0.9份。
2.如权利要求1所述的高效环保污水处理絮凝剂，其特征在于，所述聚丙烯酰胺为阴离子聚丙烯酰胺。
3.如权利要求1所述的高效环保污水处理絮凝剂，其特征在于，所述纳米钻石烯为表面功能化处理的纳米钻石烯，表面功能化处理的方法为：将纳米钻石烯浸于质量比为1︰(2～5)浓硝酸/浓硫酸的混合酸液中，加热回流，离心，取沉淀物水洗至pH值为5.0～6.0，用NaOH水溶液洗涤，并超声分散，再用HCl水溶液洗涤，并超声分散，之后再次水洗、烘干即可。
4.如权利要求3所述的高效环保污水处理絮凝剂，其特征在于，NaOH水溶液的浓度为0.1～0.5mol/L;HCl水溶液的浓度为0.1～0.5mol/L。
5.如权利要求1所述的高效环保污水处理絮凝剂，其特征在于，所述活性炭由以下方法制备得到：a)将40～60目的木屑置于44mol/L的氯化锌水溶液浸渍;b)将浸渍过的木屑碳化得到炭化屑;c)将炭化屑置于500℃～600℃的活化炉下活化60～90min;d)活化后，先以23mol/L的氯化锌水溶液进行淋洗，再以小于23mol/L的氯化锌水溶液淋洗，直到洗液中氯化锌的浓度为1mol/L为止;e)将淋洗过的炭用0.1～0.2mol/L的HCl溶液煮沸20min后，继续用0.1～0.2mol/L的HCl溶液重复清洗2～3次后，水洗，至残液无Cl-1检出，干燥、磨粉。
6.如权利要求5所述的高效环保污水处理絮凝剂，其特征在于，步骤a)中浸渍的具体操作为：先浸渍5～6h后，进行搅拌，再浸渍5～6h即可。
7.权利要求1-6任一所述高效环保污水处理絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)按比例称取各原料;2)将纳米钻石烯加入到部分水中混合得纳米钻石烯悬浮液;3)依次加入钛酸酯偶联剂和聚丙烯酰胺混合得A液;4)将聚合氯化铝加入到部分水中混合后，依次加入钛酸酯偶联剂和活性炭混合得B液;5)将A液与B液混合后，蒸发成固体时即得。
8.如权利要求7所述的高效环保污水处理絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中水的用量为10～30份，步骤4)中水的用量为50～100份。
9.如权利要求7所述的高效环保污水处理絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤3)和4)中钛酸酯偶联剂两次添加的重量比例为1：(1.5～2)。
10.如权利要求7所述的高效环保污水处理絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤5)中，将A液加入B液中进行混合;蒸发时，采用水浴加热蒸发。
说明书
一种高效环保污水处理絮凝剂及其制备方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，尤其是一种高效环保污水处理絮凝剂及其制备方法。
背景技术
随着国家经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，城市污水、工业废水以及生活污水的排放面临着严重的挑战。若处理不当，这些污水、废水中的悬浮物、病原体和需氧有机物都将影响人类的生存环境、破坏水资源、打破原有的生态平衡。因此，需要在水处理过程中最大程度的降低以上危害物的量，而絮凝剂恰恰是它们的“天敌”。
絮凝剂大体上可分为三类：无机絮凝剂、有机絮凝剂、微生物絮凝剂。具体的：1)无机絮凝剂广泛使用的主要是铝盐(硫酸铝、氯化铝)和铁盐(硫酸铁、氯化铁)，铝盐和铁盐在使用过程中，虽然有一定的絮凝效果，但在水中的稳定性差，投药量较高，产生的絮体较小，尤其在处理低温水时，聚集性能降低。另外，三氯化铁还具有腐蚀性，容易形成残留，使处理后的水带有颜色，造成二次污染。目前，聚合氯化铝(PAC)逐渐取代硫酸铝而被广泛使用，因为即使在处理低温水时，也能充分实现其聚集性，而且絮体的形成速度也比较快，但也存在一定的缺陷，如聚合氯化铝的生产条件有所限制，很难获得聚集能力相同的产品，而且聚合氯化铝处理后的絮体松散细小，沉淀速度慢等等;2)高分子有机絮凝剂，如聚丙烯酰胺等，具有良好的絮凝性，能够以较快的速度形成较大的絮状物，但单独使用效果并不理想，且单体残留有毒，对环境及人类的影响较大;3)微生物絮凝剂因不存在二次污染，使用方便，应用前景诱人，在国外得到充分的研究并被广泛应用，如红平红球菌及由此制成的NOC-1是目前发现的最佳微生物絮凝剂，具有很强的絮凝性。但在我国微生物絮凝剂尚在研制中，其产品并未见到报导。
此外，污水中含有大量的重金属，伴随着污水灌溉、污泥施肥等都可导致土壤中汞、镉、铬、砷、铜、锌、镍、铅等含量的增加，并使谷物、蔬菜中重金属含量增加。有关研究表明，人体摄入或聚集的Cd、Hg、Pb、Cr、As、Sn、Cu、Zn、V等重金属含量增高，会引起风湿性关节炎、骨痛病、肾炎溃疡病、贫血、冠状动脉硬化等疾病，并引发皮肤癌、食道癌、宫颈癌、肝癌等一系列癌症以及造成慢性中毒等。重金属污染目前已相当严重，其对环境和微生物的危害极大，主要是其易通过食物链而富集，因此，重金属污染也引起世界各国科学家的高度重视，解决以上问题已迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效环保污水处理絮凝剂，同时提供其制备方法是本发明的第二个发明目的。该絮凝剂对污水中的有机物吸附性能强，形成絮体的速度快，且结构稳定，能够去除污水中大量的重金属，对环境无污染。
基于上述目的，本发明采取如下技术方案：一种高效环保污水处理絮凝剂，由以下重量份的原料制成：纳米钻石烯1～5份，聚合氯化铝20～30份，聚丙烯酰胺5～15份，活性炭6～10份，钛酸酯偶联剂0.3～0.9份。
所述聚丙烯酰胺为阴离子聚丙烯酰胺。
所述纳米钻石烯为表面功能化处理的纳米钻石烯，表面功能化处理的方法为：将纳米钻石烯浸于质量比为1︰(2～5)浓硝酸/浓硫酸的混合酸液中，加热回流，离心，取沉淀物水洗至pH值为5.0～6.0，用NaOH水溶液洗涤，并超声分散，再用HCl水溶液洗涤，并超声分散，之后再次水洗、烘干即可。
NaOH水溶液的浓度为0.1～0.5mol/L;HCl水溶液的浓度为0.1～0.5mol/L。
所述活性炭由以下方法制备得到：a)将40～60目的木屑置于44mol /L的氯化锌溶液浸渍;b)将浸渍过的木屑碳化得到炭化屑;c)将炭化屑置于500℃～600℃的活化炉下活化60～90min;d)活化后，先以23mol/L的氯化锌水溶液进行淋洗，再以小于23mol/L的氯化锌水溶液淋洗，直到洗液中氯化锌的浓度为1mol/L为止;e)将淋洗过的炭用0.1～0.2mol/L的HCl溶液煮沸20min后，继续用0.1～0.2mol/ L的HCl溶液重复清洗2～3次后，水洗，至残液无Cl-1检出，干燥、磨粉。
步骤a)中浸渍的具体操作为：先浸渍5～6h后，进行搅拌，再浸渍5～6h即可。
所述高效环保污水处理絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：1)按比例称取各原料;2)将纳米钻石烯加入到水中混合得纳米钻石烯悬浮液;3)依次加入钛酸酯偶联剂和聚丙烯酰胺混合得A液;4)将聚合氯化铝加入到水中混合后，依次加入钛酸酯偶联剂和活性炭混合得B液;5)将A液与B液混合后，蒸发成固体时即得。
步骤2)中水的用量为10～30份，步骤4)中水的用量为50～100份。
步骤3)和4)中钛酸酯偶联剂两次添加的重量比例为1：(1.5～2)。
步骤5)中，将A液加入B液中进行混合;蒸发时，采用水浴加热蒸发。
本发明所采用的原料具有以下作用：
纳米钻石烯：因其粒度细、表面活性高而具有比表面积大，吸附性强，其吸附量是其它吸附剂的几倍，能吸附污水中大量的有机物和重金属离子;纳米钻石烯的表面具有很多活性基团和活性位点，容易对其进行表面功能化处理，能够均匀的分布在溶液中，表面功能化的纳米钻石烯能够吸附污水中的活性物质;纳米钻石烯的结构为层片状，层与层形成一定的存储空间，能够吸附并存储大量的离子。
聚合氯化铝：用在水处理中具有对水中胶体物质强烈的电中和作用，其水解产物对水中悬浮物具有优良的吸附架桥作用，对溶解性物质具有选择性吸附作用，此外，处理低温水时，仍可保持稳定的沉淀效果，对设备侵蚀作用小。
聚丙烯酰胺：选用阴离子型聚丙烯酰胺，在水处理中，能够使污染物颗粒表面的动电位降低而凝聚。其分子链固定在不同的污染物颗粒表面上，各颗粒之间形成聚合物的桥，能使污水中污染物颗粒形成聚集体而沉淀。其分子上的极性基团能够对污染物颗粒进行各种吸附。另外，其分子链与污水中的微小颗粒可通过机械、物理、化学等作用，将微小颗粒牵连在一起，形成网状而起到增强的作用。
活性炭：因其无数细小空隙，表面积巨大等特点而使其具有很强的物理和化学吸附性能，并且活性炭还具有解毒作用，同时对水质、水温和水量的变化有很强的适应能力;用在污水处理中，对某些重金属化合物有很强的吸附能力。
钛酸酯偶联剂：主要起偶联作用，分别将纳米钻石烯和聚丙烯酰胺、聚合氯化铝和活性炭进行偶联，间接增强载体的吸附性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、絮体稳定，沉淀速度快。在污水处理过程中，伴随着絮体的形成，搅拌在一定程度上破坏了絮体的生长，不利于沉淀。而本发明的絮凝剂含有的活性炭具有极强的吸附性能，能够把大量的有机物和悬浮颗粒吸附到絮凝体的周围，有助于絮体的架桥、并联作用，从而促进了絮体的生长，同时，活性炭吸附在絮体上能改善絮体的结构，增强了絮体的稳定性。絮凝剂中少量的阴离子聚丙烯酰胺作为助凝剂，它能够改善絮凝反应环境，促进絮体的形成，提高沉降速度。另外，通过钛酸酯偶联剂连接的纳米钻石烯，颗粒较细，比表面积大，吸附性能强，且其表面具有较多的活性基团和活性位点，容易进行表面功能化处理，均匀分布在溶液中与聚丙烯酰胺发生偶联反应，经过表面功能化处理的纳米钻石烯能够吸附污水中的活性物质，增强载体的吸附性能;
2、重金属离子去除效果好。本发明的絮凝剂具有聚合氯化铝的功能，其能够有效的除去水中色质SS、COD、BOD及砷、汞等重金属离子。阴离子聚丙烯酰胺与高价金属离子能交联成不溶性凝胶体。纳米钻石烯为层状片结构，层与层之间碳原子通过SP2杂化碳键连接，形成一定的储存空间，在絮凝过程中，能够吸附并存储大量的重金属离子。此外，其中的活性炭也能去除一些金属离子;
3、绿色环保、无污染。纳米钻石烯是由纯C元素组成，具有极高的生物相容性，对人体无任何毒副作用，对环境亦无污染;
4、制备工艺简单，便于工业化应用。
