公布日：2023.12.12
申請(qǐng)日：2023.11.08
分類號(hào)：B01J20/26(2006.01)I;C08F287/00(2006.01)I;C08F220/56(2006.01)I;C08F220/34(2006.01)I;C08F230/08(2006.01)I;B01J20/20(2006.01)I;B01J20/28(2006.01)I;
B01J20/30(2006.01)I;C02F1/28(2023.01)I;C02F1/32(2023.01)I
摘要
本發(fā)明涉及污水處理劑制備技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種生物碳可循環(huán)污水處理劑及其制備方法，通過(guò)改性載體表面的羥基和丙烯酸上的羧基酯化，使得表面接枝雙鍵，制得強(qiáng)化載體，將強(qiáng)化載體、丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和改性劑聚合，形成聚酰胺鏈段，制得生物碳可循環(huán)污水處理劑。本發(fā)明污水處理劑含有硅氧烷結(jié)構(gòu)，能夠水解形成Si-OH鍵與污水中顆�？s合達(dá)到吸附效果，同時(shí)能夠與自身含有的Si-OH鍵縮合形成網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，能夠充分網(wǎng)絡(luò)懸浮污垢；表面環(huán)糊精連接的網(wǎng)格狀聚合物陽(yáng)離子，通過(guò)吸附架橋與電荷中和作用有效捕獲帶有負(fù)電荷油滴和膠體懸浮物，且環(huán)糊精具有錐形圓柱空腔，使得污染物能夠在腔中容納，提高了污水處理劑除污效率。
權(quán)利要求書
1.一種生物碳可循環(huán)污水處理劑的制備方法，其特征在于：具體包括如下步驟：步驟A1：將3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷和去離子水混合攪拌后，加入濃硫酸和1,3-二（3-羥基丙基）-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，進(jìn)行反應(yīng)后，調(diào)節(jié)pH至中性，制得雙羥基端聚硅氧烷，雙羥基端聚硅氧烷、環(huán)氧氯丙烷和二甲基甲酰胺混合攪拌并加入氫氧化鈉水溶液，進(jìn)行反應(yīng)，制得改性劑；步驟A2：將改性劑、β-環(huán)糊精、二甲基甲酰胺和氫氧化鈉水溶液混合反應(yīng)，制得強(qiáng)化劑，將改性載體、丙烯酸、對(duì)甲基苯磺酸和甲苯混合反應(yīng)，過(guò)濾去除濾液，制得強(qiáng)化載體；步驟A3：將強(qiáng)化載體分散在二甲基甲酰胺中，加入丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和強(qiáng)化劑，通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，攪拌并加入K2S2O8和Na2SO3，進(jìn)行反應(yīng)后，過(guò)濾去除濾液，將濾餅烘干，制得生物碳可循環(huán)污水處理劑；所述的改性載體由如下步驟制成：步驟B1：將纖維素、氫氧化鈉水溶液和尿素水溶液混合攪拌并加入環(huán)氧氯丙烷和納米四氧化三鐵，攪拌處理，過(guò)濾去除濾液，制得纖維素微球，將纖維素微球、乙醇、醋酸、去離子水和鈦酸四丁酯混合反應(yīng)，過(guò)濾去除濾液，煅燒處理，制得預(yù)處理基體；步驟B2：將預(yù)處理基體分散在乙醇中，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷和去離子水，進(jìn)行反應(yīng)，制得氨基化基體，將聚乙烯醇、環(huán)氧氯丙烷和二甲基甲酰胺混合攪拌并加入氫氧化鈉水溶液，進(jìn)行反應(yīng)后，加入氨基化基體，調(diào)節(jié)pH為堿性，繼續(xù)反應(yīng)，過(guò)濾去除濾液，制得改性載體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物碳可循環(huán)污水處理劑的制備方法，其特征在于：步驟A1所述的3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、去離子水和1,3-二（3-羥基丙基）-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷的用量比為1mmol:10mL:2mmol，濃硫酸的用量為3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷和1,3-二（3-羥基丙基）-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷質(zhì)量和的1-1.5%，雙羥基端聚硅氧烷、環(huán)氧氯丙烷和氫氧化鈉水溶液的用量比為0.1mol:0.2mol:100mL。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物碳可循環(huán)污水處理劑的制備方法，其特征在于：步驟A2所述的改性劑、β-環(huán)糊精和氫氧化鈉水溶液的用量比為25g:6g:10mL，改性載體和丙烯酸的質(zhì)量比為10:1，對(duì)甲基苯磺酸的用量為丙烯酸質(zhì)量的1-1.2%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物碳可循環(huán)污水處理劑的制備方法，其特征在于：步驟A3所述的強(qiáng)化載體、丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和強(qiáng)化劑的質(zhì)量比為3:8:6:2:13，K2S2O8和Na2SO3的質(zhì)量和占丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和強(qiáng)化劑質(zhì)量和的1-1.5%，K2S2O8和Na2SO3的質(zhì)量比為8:3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物碳可循環(huán)污水處理劑的制備方法，其特征在于：步驟B1所述的纖維素、氫氧化鈉水溶液、尿素水溶液、環(huán)氧氯丙烷和納米四氧化三鐵的用量比為4g:40mL:70mL:0.03g:0.5g，纖維素微球、乙醇、醋酸、去離子水和鈦酸四丁酯的用量比4g:1mL:1mL:1mL:2mL。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物碳可循環(huán)污水處理劑的制備方法，其特征在于：步驟B2所述的γ-氨丙基三乙氧基硅烷的用量為預(yù)處理基體質(zhì)量的3-5%，聚乙烯醇、環(huán)氧氯丙烷、氫氧化鈉水溶液和氨基化基體的用量比為4g:0.5g:10mL:1g。
7.一種生物碳可循環(huán)污水處理劑，其特征在于：根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述制備方法制備而成。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種生物碳可循環(huán)污水處理劑及其制備方法，解決了現(xiàn)階段污水處理劑處理效果不佳，且不易回收循環(huán)使用的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種生物碳可循環(huán)污水處理劑的制備方法，具體包括如下步驟：
步驟A1：將3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷和去離子水混合，在轉(zhuǎn)速為200-300r/min，溫度為60-70℃的條件下，攪拌10-15min后，加入濃硫酸和1,3-二（3-羥基丙基）-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，進(jìn)行反應(yīng)4-6h后，調(diào)節(jié)pH至中性，制得雙羥基端聚硅氧烷，雙羥基端聚硅氧烷、環(huán)氧氯丙烷和二甲基甲酰胺混合均勻，在轉(zhuǎn)速為200-300r/min，溫度為30-40℃的條件下，攪拌并加入氫氧化鈉水溶液，進(jìn)行反應(yīng)2-3h，制得改性劑；
步驟A2：將改性劑、β-環(huán)糊精、二甲基甲酰胺和氫氧化鈉水溶液混合均勻，在轉(zhuǎn)速為200-300r/min，溫度為90-95℃的條件下，進(jìn)行反應(yīng)2-4h，制得強(qiáng)化劑；將改性載體、丙烯酸、對(duì)甲基苯磺酸和甲苯混合均勻，在轉(zhuǎn)速為150-200r/min，溫度為100-110℃的條件下，進(jìn)行反應(yīng)3-5h，過(guò)濾去除濾液，制得強(qiáng)化載體；
步驟A3：將強(qiáng)化載體分散在二甲基甲酰胺中，加入丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和強(qiáng)化劑，通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，在轉(zhuǎn)速為150-200r/min，溫度為65-75℃，pH值為4-4.2的條件下，攪拌并加入K2S2O8和Na2SO3，進(jìn)行反應(yīng)5-7h后，過(guò)濾去除濾液，將濾餅烘干，制得生物碳可循環(huán)污水處理劑。
進(jìn)一步，步驟A1所述的3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、去離子水和1,3-二（3-羥基丙基）-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷的用量比為1mmol:10mL:2mmol，濃硫酸的用量為3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷和1,3-二（3-羥基丙基）-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷質(zhì)量和的1-1.5%，雙羥基端聚硅氧烷、環(huán)氧氯丙烷和氫氧化鈉水溶液的用量比為0.1mol:0.2mol:100mL，氫氧化鈉水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.5%。
進(jìn)一步，步驟A2所述的改性劑、β-環(huán)糊精和氫氧化鈉水溶液的用量比為25g:6g:10mL，氫氧化鈉水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%，改性載體和丙烯酸的質(zhì)量比為10:1，對(duì)甲基苯磺酸的用量為丙烯酸質(zhì)量的1-1.2%。
進(jìn)一步，步驟A3所述的強(qiáng)化載體、丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和強(qiáng)化劑的質(zhì)量比為3:8:6:2:13，K2S2O8和Na2SO3的質(zhì)量和占丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和強(qiáng)化劑質(zhì)量和的1-1.5%，K2S2O8和Na2SO3的質(zhì)量比為8:3。
進(jìn)一步，所述的改性載體由如下步驟制成：
步驟B1：將纖維素、氫氧化鈉水溶液和尿素水溶液混合均勻，在轉(zhuǎn)速為300-500r/min，溫度為0℃的條件下，攪拌并加入環(huán)氧氯丙烷和納米四氧化三鐵攪拌1-1.5h，過(guò)濾去除濾液，制得纖維素微球，將纖維素微球、乙醇、醋酸、去離子水和鈦酸四丁酯混合均勻，在轉(zhuǎn)速為200-300r/min，溫度為55-65℃的條件下，攪拌并加入濃鹽酸至pH值為2-3，進(jìn)行反應(yīng)5-6h，過(guò)濾去除濾液，在溫度為450-500℃，氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下，煅燒2-3h，制得預(yù)處理基體；
步驟B2：將預(yù)處理基體分散在乙醇中，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷和去離子水，在轉(zhuǎn)速為150-200r/min，溫度為60-70℃的條件下，進(jìn)行反應(yīng)3-5h，制得氨基化基體，將聚乙烯醇、環(huán)氧氯丙烷和二甲基甲酰胺混合均勻，在轉(zhuǎn)速為200-300r/min，溫度為30-40℃的條件下，攪拌并加入氫氧化鈉水溶液，進(jìn)行反應(yīng)2-3h后，加入氨基化基體，調(diào)節(jié)pH值為11-12，繼續(xù)反應(yīng)4-6h，過(guò)濾去除濾液，制得改性載體。
進(jìn)一步，步驟B1所述的纖維素、氫氧化鈉水溶液、尿素水溶液、環(huán)氧氯丙烷和納米四氧化三鐵的用量比為4g:40mL:70mL:0.03g:0.5g，氫氧化鈉水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%，尿素水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%，纖維素微球、乙醇、醋酸、去離子水和鈦酸四丁酯的用量比4g:1mL:1mL:1mL:2mL。
進(jìn)一步，步驟B2所述的γ-氨丙基三乙氧基硅烷的用量為預(yù)處理基體質(zhì)量的3-5%，聚乙烯醇、環(huán)氧氯丙烷、氫氧化鈉水溶液和氨基化基體的用量比為4g:0.5g:10mL:1g，聚乙烯醇的分子量為2000。
本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明制備的一種生物碳可循環(huán)污水處理劑，以3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷為原料水解再與1,3-二（3-羥基丙基）-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷聚合，形成雙羥基封端聚硅氧烷，再與環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)，環(huán)氧氯丙烷上的環(huán)氧基與雙羥基封端聚硅氧烷上的羥基反應(yīng)后，再在氫氧化鈉水溶液的作用下，閉環(huán)形成新的環(huán)氧基，制得改性劑，將改性劑與β-環(huán)糊精反應(yīng)，使得改性劑上的環(huán)氧基和β-環(huán)糊精上的羥基反應(yīng)，形成交聯(lián)狀的環(huán)糊精，制得強(qiáng)化劑，將改性載體與丙烯酸在對(duì)甲基苯磺酸的作用下，改性載體表面的羥基和丙烯酸上的羧基酯化，使得表面接枝雙鍵，制得強(qiáng)化載體，將強(qiáng)化載體、丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和強(qiáng)化劑聚合，形成聚酰胺鏈段，制得生物碳可循環(huán)污水處理劑，該污水處理劑上含有硅氧烷結(jié)構(gòu)，硅氧烷能夠水解形成Si-OH鍵能夠與污水中顆粒縮合達(dá)到吸附效果，同時(shí)能夠與自身含有的Si-OH鍵縮合形成網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，能夠充分網(wǎng)絡(luò)懸浮污垢，表面環(huán)糊精連接的網(wǎng)格狀聚合物陽(yáng)離子，通過(guò)吸附架橋與電荷中和作用捕獲帶有負(fù)電荷油滴和膠體懸浮物，且環(huán)糊精具有錐形圓柱空腔，使得污染物能夠在腔中容納，提高了污水處理劑除污效率，改性載體以纖維素為原料用環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)，形成纖維素包覆納米四氧化三鐵的纖維素微球，將纖維素用鈦酸四丁酯處理，使得表面負(fù)載納米二氧化鈦再焙燒使得纖維素碳化，制得預(yù)處理基體，將預(yù)處理基體用γ-氨丙基三乙氧基硅烷處理，使得表面接枝氨基，將聚乙烯醇用環(huán)氧氯丙烷處理，使得聚乙烯醇側(cè)鏈含有環(huán)氧基，再在堿性條件下與預(yù)處理基體表面的氨基反應(yīng)，形成聚乙烯醇包覆，制得改性載體，改性載體表面含有納米二氧化鈦，納米二氧化鈦能夠在受到紫外線照射時(shí)，能夠發(fā)生光催化降解，進(jìn)而降低了水中污染物，納米四氧化三鐵賦予了污水處理劑磁性，能夠通過(guò)磁場(chǎng)分離，達(dá)到循環(huán)使用的效果。
（發(fā)明人：趙顯飛;畢克舉;于海龍;孫英欽;涂理達(dá)）
