申请日2013.05.28
公开(公告)日2013.08.21
IPC分类号C08G81/02; C02F1/56; C08B15/06
摘要
本发明公开了一种纺织废料纤维素基污水絮凝剂的制备方法。采用方法的要点是将纺织废料通过碱煮脱胶，得到纯度较高的纤维素，再经过充分溶解，加入引发剂，与聚丙烯酰胺接枝聚合制备纺织废料纤维素基污水絮凝剂。该方法简易、快速、高效，特别适用于可生物降解的纺织废料纤维素基污水絮凝剂制备。本发明在制备污水絮凝剂的原料中引入纺织废料纤维素，作为分子基本骨架，部分替代了原有高分子材料，合理利用了纺织工业中的废弃物，降低了传统高分子污水絮凝剂对石油资源的依赖，提高了传统絮凝剂的生物可降解性能，适用于造纸废水、印染废水和市政污水等处理过程，具有重要的环境效益和应用价值。
权利要求书
1.一种纺织废料纤维素基污水絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下 步骤：
1)将纺织废料按浴比1:30，置于浓度为10g/L的氢氧化钠溶液中，在100 ℃条件下煮沸0.5～1h，热水洗涤至中性，再置于浓度为15g/L的氢氧化钠、2g/L 的多聚磷酸钠和1g/L的硅酸钠组成的混合溶液中，在100℃条件下煮沸0.5～2h， 热水洗涤至中性，烘干，得到脱胶完全的纤维素;
2)将步骤1)得到的脱胶后纤维素加入一定浓度的二甲基亚砜溶液中，充 分浸润，在165℃条件下通入氮气20min，然后冷却至100℃，加入一定量的N- 甲基氧化吗啉，在80℃条件下连续搅拌20～40min，得到均匀、透明的纤维素溶 液;
3)将步骤2)得到的纤维素溶液在机械搅拌作用下，通入氮气40min，在 40～80℃条件下加入引发剂引发10～20min，加入聚丙烯酰胺进行接枝聚合，加 入蒸馏水控制整个反应溶液与脱胶纤维素的质量比为80～100:1，反应60～120 min，得到均匀的乳白色溶液，即纺织废料纤维素基污水絮凝剂。
2.根据权利要求1所述的一种纺织废料纤维素基污水絮凝剂的制备方法， 其特征在于：所述的二甲基亚砜溶液的质量分数为6～10wt%，与脱胶后纤维素 的质量比为80～100:1;N-甲基氧化吗啉在体系中的浓度为6～10wt%;引发剂为 过硫酸铵，引发剂与脱胶后纤维素的质量比为0.1～0.5:1;聚丙烯酰胺与脱胶后纤 维素的质量比为1～3:1。
3.根据权利要求1所述的一种纺织废料纤维素基污水絮凝剂的制备方法， 其特征在于：所述的纺织废料为废弃棉纱、棉短绒和亚麻废纱中的一种，优选棉 短绒。
说明书
一种纺织废料纤维素基污水絮凝剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纤维素基污水絮凝剂的制备方法，特别涉及一种纺织废料纤 维素基污水絮凝剂的制备方法，属于生物质材料制备技术领域。
背景技术
在污水处理和给水领域，絮凝剂的使用已经作为一种较为有效的预处理方法 得到广泛应用。絮凝剂主要分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两大类，无机絮凝剂虽 然用法简单又经济实惠，但是其较低的絮凝效果及强腐蚀性制约了无机絮凝剂的 发展，进而开发出有机絮凝剂。然而目前，水处理用絮凝剂大部分为有机合成高 分子类絮凝剂，存在降解困难的问题，还会造成环境污染。同时，高分子合成原 料主要通过石油馏分裂解获得。石油是不可再生资源，若不能找到合适的石油替 代物，合成类高分子将会由于原料供应不足而难以持续。
天然高分子絮凝剂价格低廉，来源广泛，性能优异，并且可再生、可生物降 解，具有良好的环境可接受性，被称为“绿色絮凝剂”，应用前景较为广阔。深 入开展天然高分子絮凝剂的絮凝理论研究、开发新型高效絮凝剂、优化絮凝过程 控制是当前絮凝剂领域的研发热点。
在絮凝剂制备领域，中国专利(ZL201210188365.2)“一种有机两性高分子 絮凝剂及制备方法”将二甲基二烯丙基卤化铵、丙烯酸-N,N-二甲胺基乙酯和富 马酸(盐)三种单体及双官能团单体二丙烯酸酯共聚合形成的共聚物，使用氧化 还原引发剂、无机过氧化物引发剂及聚合助剂，获得高分子絮凝剂;中国专利(ZL 200710055247.3)“新型天然有机高分子絮凝剂及其制备方法”是以玉米淀粉为 主要原料，采用硫酸铈作引发剂，用氯化铵和醋酸酐共聚物为阳离子单体进行改 性而制;中国专利(ZL201110242033.3)“一种高分子絮凝剂的制备方法及应用” 以魔芋粉为原料，使用环氧氯丙烷交联-丙烯酰胺接枝-黄原酸化三步法得到终产 品魔芋接枝型黄原酸酯，主要应用于污水处理领域，产品第一次再生解吸率可达 96%，对铜离子的去除率可达80%以上;美国专利(US8388832)“Process for flocculation of a tailings stream”通过将聚硅酸盐、聚丙烯酰胺结合多价金属化 合物或低分子量阳离子有机聚合物生成一种新型高分子絮凝剂，适于流沙净化等 絮凝过程。截至目前，还未见到采用纺织废料纤维素部分替代高分子材料，用以 制备絮凝剂的相关工艺技术出现。
纺织废料纤维素基污水絮凝剂，是将纺织工业产生的废弃物，经过碱煮脱胶， 提取较为纯净的纤维素，再将脱胶纤维素充分溶解，加入引发剂，与聚丙烯酰胺 接枝聚合制备而成的。在制备污水絮凝剂的原料中引入纺织废料纤维素，作为分 子基本骨架，部分替代原有高分子材料，可提高传统高分子污水絮凝剂的生物可 降解性能，适用于造纸废水、印染废水和市政污水等处理过程，具有重要的环境 效益和应用价值。
发明内容
为了克服传统絮凝剂的来源依赖石油资源、存在不可自然降解、生产成本过 高等实际问题，同时资源化利用来源广泛且价格低廉的纺织工业废料，制备高附 加值、环境友好的污水絮凝剂，本发明的目的是提供一种纺织废料纤维素基污水 絮凝剂的制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是采用以下步骤：
1)将纺织废料按浴比1:30，置于浓度为10g/L的氢氧化钠溶液中，在100 ℃条件下煮沸0.5～1h，热水洗涤至中性，再置于浓度为15g/L的氢氧化钠、2g/L 的多聚磷酸钠和1g/L的硅酸钠组成的混合溶液中，在100℃条件下煮沸0.5～2h， 热水洗涤至中性，烘干，得到脱胶完全的纤维素;
2)将步骤1)得到的脱胶后纤维素加入一定浓度的二甲基亚砜溶液中，充 分浸润，在165℃条件下通入氮气20min，然后冷却至100℃，加入一定量的N- 甲基氧化吗啉，在80℃条件下连续搅拌20～40min，得到均匀、透明的纤维素溶 液;
3)将步骤2)得到的纤维素溶液在机械搅拌作用下，通入氮气40min，在 40～80℃条件下加入引发剂引发10～20min，加入聚丙烯酰胺进行接枝聚合，加 入蒸馏水控制整个反应溶液与脱胶纤维素的质量比为80～100:1，反应60～120 min，得到均匀的乳白色溶液，即纺织废料纤维素基污水 絮凝剂。
所述的二甲基亚砜溶液的质量分数为6～10wt%，与脱胶后纤维素的质量比 为80～100:1;N-甲基氧化吗啉在体系中的浓度为6～10wt%;引发剂为过硫酸铵， 引发剂与脱胶后纤维素的质量比为0.1～0.5:1;聚丙烯酰胺与脱胶后纤维素的质量 比为1～3:1。
所述的纺织废料为废弃棉纱、棉短绒和亚麻废纱中的一种。
与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：
本发明打破传统制备污水絮凝剂的纯高分子合成模式，在制备污水絮凝剂的 原料中引入纺织废料纤维素，作为分子基本骨架，部分替代原有高分子材料，可 以降低传统高分子废水絮凝剂对于石油资源的依赖，提高传统絮凝剂的生物可降 解性能，降低废水絮凝剂的生产成本，具有重要的环境、社会和经济效益。
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)将废弃棉纱按浴比1:30，置于浓度为10g/L的氢氧化钠溶液中，在100 ℃条件下煮沸0.5h，热水洗涤至中性，再置于浓度为15g/L的氢氧化钠、2g/L 的多聚磷酸钠和1g/L的硅酸钠组成的混合溶液中，在100℃条件下煮沸0.5h， 热水洗涤至中性，烘干，得到脱胶完全的纤维素，其α-纤维素含量为98.0wt%;
2)将步骤1)得到的脱胶后纤维素加入质量分数10wt%的二甲基亚砜溶液 中，二甲基亚砜溶液与脱胶后纤维素的质量比为80:1，充分浸润，在165℃条件 下通入氮气20min，然后冷却至100℃，加入质量分数6wt%的N-甲基氧化吗啉， 在80℃条件下连续搅拌20min，得到均匀、透明的纤维素溶液;
3)将步骤2)得到的纤维素溶液在机械搅拌作用下，通入氮气40min，在 60℃条件下加入引发剂引发15min，过硫酸铵与脱胶后纤维素的质量比为0.1:1， 加入聚丙烯酰胺进行接枝聚合，聚丙烯酰胺与脱胶后纤维素的质量比为1:1，加 入蒸馏水控制整个反应溶液与脱胶后纤维素的质量比为80:1，反应60min，得到 均匀的乳白色溶液，即纺织废料纤维素基污水絮凝剂(a)。
实施例2:
1)将棉短绒按浴比1:30，置于浓度为10g/L的氢氧化钠溶液中，在100℃ 条件下煮沸0.5h，热水洗涤至中性，再置于浓度为15g/L的氢氧化钠、2g/L的 多聚磷酸钠和1g/L的硅酸钠组成的混合溶液中，在100℃条件下煮沸1h，热水 洗涤至中性，烘干，得到脱胶完全的纤维素，其α-纤维素含量为97.5wt%;
2)将步骤1)得到的脱胶后纤维素加入质量分数8wt%的二甲基亚砜溶液中， 二甲基亚砜溶液与脱胶后纤维素的质量比为90:1，充分浸润，在165℃条件下通 入氮气20min，然后冷却至100℃，加入质量分数8wt%的N-甲基氧化吗啉，在 80℃条件下连续搅拌30min，得到均匀、透明的纤维素溶液;
3)将步骤2)得到的纤维素溶液在机械搅拌作用下，通入氮气40min，在 80℃条件下加入引发剂引发15min，过硫酸铵与脱胶后纤维素的质量比为0.3:1， 加入聚丙烯酰胺进行接枝聚合，聚丙烯酰胺与脱胶后纤维素的质量比为3:1，加 入蒸馏水控制整个反应溶液与脱胶后纤维素的质量比为90:1，反应90min，得到 均匀的乳白色溶液，即纺织废料纤维素基污水絮凝剂(b)。
实施例3:
1)将亚麻废纱按浴比1:30，置于浓度为10g/L的氢氧化钠溶液中，在100 ℃条件下煮沸1h，热水洗涤至中性，再置于浓度为15g/L的氢氧化钠、2g/L的 多聚磷酸钠和1g/L的硅酸钠组成的混合溶液中，在100℃条件下煮沸2h，热水 洗涤至中性，烘干，得到脱胶完全的纤维素，其α-纤维素含量为94.5wt%;
2)将步骤1)得到的脱胶后纤维素加入质量分数6wt%的二甲基亚砜溶液中， 二甲基亚砜溶液与脱胶后纤维素的质量比为100:1，充分浸润，在165℃条件下 通入氮气20min，然后冷却至100℃，加入质量分数10wt%的N-甲基氧化吗啉， 在80℃条件下连续搅拌40min，得到均匀、透明的纤维素溶液;
3)将步骤2)得到的纤维素溶液在机械搅拌作用下，通入氮气40min，在 40℃条件下加入引发剂引发20min，过硫酸铵与脱胶后纤维素的质量比为0.5:1， 加入聚丙烯酰胺进行接枝聚合，聚丙烯酰胺与脱胶后纤维素的质量比为2:1，加 入蒸馏水控制整个反应溶液与脱胶后纤维素的质量比为100:1，反应120min，得 到均匀的乳白色溶液，即纺织废料纤维素基污水絮凝剂(c)。
测定实施例1、2、3制备的纺织废料纤维素基污水絮凝剂的接枝率，同时将 其应用于高岭土悬浊液的絮凝处理过程。表1为实施例1、2、3制备的三种纺织 废料纤维素基污水絮凝剂的接枝率测定结果和应用于高岭土悬浊液絮凝过程的 处理效果。由表1中数据可知，采用本发明所述的制备方法获得的纺织废料纤维 素基污水絮凝剂(a)、(b)、(c)接枝率在36.7～48.1%，接枝聚合较理想。将其应用 于高岭土悬浊液的絮凝处理，污水浊度去除率在76.6～86.3%，CODCr去除率在 38.9～57.2%，说明制备的纺织废料纤维素基污水絮凝剂对高岭土悬浊液具有较好 的絮凝沉淀效果。
以上实施例制备的纺织废料纤维素基污水絮凝剂的产品在水溶液中分散均 匀、溶解性好，未出现自身絮聚、交联等现象，适于稀释到所需浓度，添加至目 标污水中进行絮凝处理。实施例1制备的纺织废料纤维素基污水絮凝剂处理标准 高岭土悬浊液，絮凝效果显著，处理效果好，且反应快，沉降时间短，操作简单。
