公布日：2023.05.12
申請(qǐng)日：2022.12.29
分類號(hào)：C02F3/34(2023.01)I;C02F1/54(2023.01)I;C02F1/56(2023.01)I;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/20(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于污水處理強(qiáng)化脫氮的多核復(fù)合型碳源，涉及污水處理領(lǐng)域。該多核復(fù)合型碳源，以1‑(3‑硫丙基)‑2‑乙烯基吡啶甜菜堿改性的聚乙烯醇、海藻酸鈉作為骨架，包裹相變液，制得的多核復(fù)合型碳源，在污水處理中具有良好的脫氮效果、重金屬離子去除效果，且制備的骨架具有良好的抗壓強(qiáng)度；本發(fā)明還采用2,3‑二氨基‑2‑丁烯二腈對(duì)海藻酸鈉進(jìn)行改性，將改性后的海藻酸鈉用于多核復(fù)合型碳源的制備，使得多核復(fù)合型碳源在污水處理中具有更優(yōu)的脫氮效果及重金屬離子的去除效果；且制備的骨架也具有更優(yōu)的抗壓強(qiáng)度。
權(quán)利要求書
1.一種用于污水處理強(qiáng)化脫氮的多核復(fù)合型碳源，其特征在于，包含：相變液，所述相變液由餐廚廢棄物經(jīng)過(guò)好氧發(fā)酵而來(lái)；改性聚乙烯醇，所述改性聚乙烯醇由1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜堿改性聚乙烯醇制得；和，海藻酸鈉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于污水處理強(qiáng)化脫氮的多核復(fù)合型碳源，其特征在于：所述改性聚乙烯醇與海藻酸鈉的質(zhì)量比為：1:0.12-0.15。
3.權(quán)利要求1所述的用于污水處理強(qiáng)化脫氮的多核復(fù)合型碳源的制備方法，包括：1）制備改性聚乙烯醇、海藻酸鈉混合水凝膠；2）加入相變液，冷凍成型；3）采用交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)，洗滌、干燥，制得多核復(fù)合型碳源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于污水處理強(qiáng)化脫氮的多核復(fù)合型碳源的制備方法，其特征在于：所述交聯(lián)劑包含H3BO4、CaCl2。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于污水處理強(qiáng)化脫氮的多核復(fù)合型碳源的制備方法，其特征在于：所述H3BO4與CaCl2的質(zhì)量比為：1:0.5-0.8。
6.權(quán)利要求1中所述的改性聚乙烯醇的制備方法，包括：采用1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜堿與聚乙烯醇發(fā)生接枝反應(yīng)制得。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的改性聚乙烯醇的制備方法，其特征在于：所述聚乙烯醇與1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜堿的摩爾比為：1:2-2.5。
8.權(quán)利要求6-7中任一項(xiàng)所述制備方法制得的改性聚乙烯醇在污水處理中的用途。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于污水處理強(qiáng)化脫氮的多核復(fù)合型碳源，具有良好的脫氮效果、重金屬離子去除效果。
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采取的技術(shù)方案為：一種用于污水處理強(qiáng)化脫氮的多核復(fù)合型碳源，包含：相變液，上述相變液由餐廚廢棄物經(jīng)過(guò)好氧發(fā)酵而來(lái)；改性聚乙烯醇，上述改性聚乙烯醇由1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜堿改性聚乙烯醇制得；和，海藻酸鈉。
對(duì)本發(fā)明而言，上述相變液制備方法，包括：將餐廚廢棄物進(jìn)行粉碎，把含水率調(diào)節(jié)至55-60%，pH調(diào)節(jié)至中性，加入發(fā)酵菌劑（發(fā)酵菌劑用量為0.08-0.12kg/t），發(fā)酵溫度60-65℃，每日翻一次，發(fā)酵時(shí)間25-30d，制得堆肥；在堆肥中加入水（堆肥與水的質(zhì)量體積比為1g:20-30mL），在55-60℃條件下，振搖2.5-3.5h，過(guò)濾，收集濾液，制得相變液。
對(duì)本發(fā)明而言，上述相變液的C/N＞40；B/C＞60%。
對(duì)本發(fā)明而言，上述改性聚乙烯醇、海藻酸鈉的總用量與相變液的質(zhì)量比為：1:2.4-2.8。
對(duì)本發(fā)明而言，上述改性聚乙烯醇與海藻酸鈉的質(zhì)量比為：1:0.12-0.15。
本發(fā)明還公開(kāi)了一種用于污水處理強(qiáng)化脫氮的多核復(fù)合型碳源的制備方法，包括：1）制備改性聚乙烯醇、海藻酸鈉混合水凝膠；2）加入相變液，冷凍成型；3）采用交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)，洗滌、干燥，制得多核復(fù)合型碳源。
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于污水處理強(qiáng)化脫氮的多核復(fù)合型碳源，以1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜堿改性的聚乙烯醇、海藻酸鈉作為骨架，包裹經(jīng)過(guò)好氧發(fā)酵的餐廚廢棄物制得的相變液，制得的多核復(fù)合型碳源，在污水處理中具有良好的脫氮效果、重金屬離子去除效果，且制備的骨架具有良好的抗壓強(qiáng)度；原因可能是由于1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜堿的吡啶環(huán)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了骨架的抗壓強(qiáng)度；磺酸根基團(tuán)也可以與污水中的重金屬離子通過(guò)螯合作用結(jié)合在一起形成微小絮體，微小絮體進(jìn)一步通過(guò)磺酸根基團(tuán)與1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜堿中的氨基基團(tuán)的電中和作用聚集在一起生成沉淀，進(jìn)一步增強(qiáng)了重金屬離子的去除效果，同時(shí)增強(qiáng)了對(duì)廢水中帶負(fù)電荷的離子的去除能力，且污水中重金屬離子的減少，可以降低微生物的中毒風(fēng)險(xiǎn)。
具體地，上述用于污水處理強(qiáng)化脫氮的多核復(fù)合型碳源的制備方法，包括以下步驟：1）在改性聚乙烯醇、海藻酸鈉中加入去離子水（海藻酸鈉與去離子水的質(zhì)量體積比為：1g:90-100mL），在90-97℃攪拌混合2-2.5h，制得改性聚乙烯醇、海藻酸鈉混合水凝膠；2）將上述混合水凝膠冷卻至室溫，加入相變液，攪拌混合，在（-23）-（-18）℃冷凍20-30h成型；3）放入交聯(lián)劑中，在0-5℃交聯(lián)20-30h，然后用去離子水洗滌3-5次，干燥，制得多核復(fù)合型碳源。
對(duì)本發(fā)明而言，上述交聯(lián)劑包含H3BO4、CaCl2。
具體地，上述交聯(lián)劑的制備方法，包括：在H3BO4中加入去離子水（H3BO4與去離子水的質(zhì)量體積比為：1g:14-17mL）中，在35-40℃溶解后，加入CaCl2至完全溶解，制得交聯(lián)劑。
對(duì)本發(fā)明而言，上述H3BO4與CaCl2的質(zhì)量比為：1:0.5-0.8。
本發(fā)明還公開(kāi)了一種改性聚乙烯醇的制備方法，包括：采用1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜堿與聚乙烯醇發(fā)生接枝反應(yīng)制得。
具體地，上述改性聚乙烯醇的制備方法，包括以下步驟：將聚乙烯醇加入到濃度為0.01-0.015mol/L的硝酸溶液（聚乙烯醇與硝酸溶液的質(zhì)量體積比為：1g:80-85mL）中，制得a液，將硝酸鈰銨加入到濃度為0.01-0.015mol/L的硝酸溶液（硝酸鈰銨與硝酸溶液的質(zhì)量體積比為：1g:50-60mL）中，制得b液，將1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜堿加入到濃度為0.01-0.015mol/L的硝酸溶液（1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜堿與硝酸溶液的質(zhì)量體積比為：1g:50-60mL）中，制得c液，在氮?dú)夥諊�，�?/span>b液、c液依次加入到a液中，在45-50℃反應(yīng)10-15h，然后在濃度為0.2-0.25mol/L的磷酸氫二鈉溶液中洗滌10-12h，在去離子水中洗滌10-12h，干燥，制得改性聚乙烯醇。
對(duì)本發(fā)明而言，上述聚乙烯醇與硝酸鈰銨的質(zhì)量比為：1:0.08-0.1。
對(duì)本發(fā)明而言，上述聚乙烯醇與1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜堿的摩爾比為：1:2-2.5。
本發(fā)明還公開(kāi)了上述制備方法制得的改性聚乙烯醇在污水處理中的用途。
為進(jìn)一步提升多核復(fù)合型碳源在污水處理中的用途，本發(fā)明還采用改性海藻酸鈉替代海藻酸鈉。
本發(fā)明還提供了一種改性海藻酸鈉的制備方法，包括：將海藻酸鈉氧化開(kāi)環(huán)，然后再與2,3-二氨基-2-丁烯二腈發(fā)生席夫堿反應(yīng)，制得改性海藻酸鈉。
本發(fā)明公開(kāi)了一種改性海藻酸鈉的制備方法，將海藻酸鈉氧化開(kāi)環(huán)得到醛基，再與2,3-二氨基-2-丁烯二腈通過(guò)席夫堿反應(yīng)引入氨基，再進(jìn)一步與二硫化碳反應(yīng)引入二硫代羧基；將制得的改性海藻酸鈉用于多核復(fù)合型碳源的制備，使得多核復(fù)合型碳源在污水處理中具有更優(yōu)的脫氮效果及重金屬離子的去除效果；原因可能是由于氨基與二硫代羧基具有螯合作用，進(jìn)一步增強(qiáng)了重金屬離子的去除效果，同時(shí)降低了微生物的中毒風(fēng)險(xiǎn)；另外，改性海藻酸鈉所含的碳、氮元素，也進(jìn)一步維持了微生物生長(zhǎng)所需合理的C/N比值；且制備的骨架也具有更優(yōu)的抗壓強(qiáng)度，原因可能是由于2,3-二氨基-2-丁烯二腈中C=C、C≡N鍵的存在增強(qiáng)了骨架的抗壓強(qiáng)度。
具體地，上述改性海藻酸鈉的制備方法，包括以下步驟：在海藻酸鈉中加入無(wú)水乙醇（海藻酸鈉與無(wú)水乙醇的質(zhì)量體積比為：1g:8-13mL），攪拌分散，加入濃度為0.3-0.35mol/L的過(guò)碘酸鈉水溶液（海藻酸鈉與過(guò)碘酸鈉水溶液的質(zhì)量體積比為：1g:8-13mL），在室溫條件下避光反應(yīng)5.5-7h后，加入乙二醇（海藻酸鈉與乙二醇的質(zhì)量體積比為：1g:0.8-1.2mL）終止氧化反應(yīng)13-18min，過(guò)濾，并用濃度為70-75wt%的乙醇洗滌3-5次，再溶解于DMF（海藻酸鈉與DMF的質(zhì)量體積比為：1g:24-28mL）中，然后在50-55℃條件下，加入到濃度為0.1-0.15g/mL的2,3-二氨基-2-丁烯二腈的DMF溶液（海藻酸鈉與2,3-二氨基-2-丁烯二腈的質(zhì)量比為：1:0.4-0.6）中，反應(yīng)10-15h，冷卻至室溫，加入硼氫化鈉（海藻酸鈉與硼氫化鈉的質(zhì)量比為：1:0.15-0.25），持續(xù)反應(yīng)10-15h，加入氫氧化鈉和二硫化碳（海藻酸鈉與氫氧化鈉、二硫化碳的質(zhì)量比為：1:0.8-1.2:0.8-1.2），在23-28℃反應(yīng)25-35min，然后在38-45℃反應(yīng)5.5-7h，冷卻至室溫，加入無(wú)水乙醇（反應(yīng)液與無(wú)水乙醇的體積比為：1:3-4），在3-5℃靜置7-10h，將沉淀冷凍干燥，制得改性海藻酸鈉。
本發(fā)明還公開(kāi)了上述制備方法制得的改性海藻酸鈉在污水處理中的用途。
本發(fā)明的有益效果包括：本發(fā)明獲得了一種用于污水處理強(qiáng)化脫氮的多核復(fù)合型碳源，該多核復(fù)合型碳源，以1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜堿改性的聚乙烯醇、海藻酸鈉作為骨架，包裹相變液，制得的多核復(fù)合型碳源，在污水處理中具有良好的脫氮效果、重金屬離子去除效果，且制備的骨架具有良好的抗壓強(qiáng)度；本發(fā)明還公開(kāi)了一種改性海藻酸鈉的制備方法，采用2,3-二氨基-2-丁烯二腈對(duì)海藻酸鈉進(jìn)行改性，將改性后的海藻酸鈉用于多核復(fù)合型碳源的制備，使得多核復(fù)合型碳源在污水處理中具有更優(yōu)的脫氮效果及重金屬離子的去除效果；且制備的骨架也具有更優(yōu)的抗壓強(qiáng)度。
因此，本發(fā)明提供了一種用于污水處理強(qiáng)化脫氮的多核復(fù)合型碳源，具有良好的脫氮效果、重金屬離子去除效果。
（發(fā)明人：徐堅(jiān)麟;付源;黃勇;遲遠(yuǎn)飛）
