CN108217892A - 一种用于处理含丝多组分面料印染废水的纤维素-壳聚糖绿色絮凝材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于处理含丝多组分面料印染废水的纤维素‑壳聚糖绿色絮凝材料的制备方法。采用方法的要点是将纤维素与壳聚糖溶于氢氧化钠和尿素混合溶液中，通过戊二醛将两者交联，经去离子水洗涤，最终制得环境友好、高效絮凝的纤维素‑壳聚糖绿色絮凝材料。本发明使用的纤维素和壳聚糖均为天然高分子有机物，可生物降解。同时，壳聚糖的引入扩充了制备絮凝材料的原料范围，开拓了壳聚糖的应用领域，提出了一种制备新型绿色絮凝材料的创新思路，可切实地解决传统絮凝材料难可生物降解、易造成二次污染等问题，具有重要的现实意义。

Description

一种用于处理含丝多组分面料印染废水的纤维素-壳聚糖绿 色絮凝材料的制备方法

技术领域

本发明涉及了一种绿色絮凝材料的制备方法，特别涉及一种用于处理含丝多组分面料印染废水的纤维素-壳聚糖绿色絮凝材料的制备方法，属于环境工程技术领域。

背景技术

随着印染工业的迅速发展，印染废水的种类和数量迅猛增加，对水体的污染也日趋广泛和严重，威胁人类的健康和安全。目前，用于处理印染废水的絮凝材料主要是聚丙烯酰类化合物，但该类絮凝材料不能有效的生物降解，且降解产物丙烯酰胺单体对人体有毒，对水体会造成二次污染。因此，本发明即以天然来源、可生物降解的纤维素和壳聚糖为基础原料，制备一种环境友好、高效絮凝的绿色絮凝材料。

纤维素是地球上含量最丰富的天然高分子化合物，由单一的D-葡萄糖单元通过β-1,4-糖苷键链状连接而成。纤维素不溶于水及一般有机溶剂，是植物细胞壁的主要成分。壳聚糖是由自然界广泛存在的几丁质经脱乙酰作用得到的，其生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性等优良性能被广泛关注。

目前，广泛使用的传统絮凝剂面临难生物降解，对水体造成二次污染，絮凝效果差等问题。在絮凝剂制备领域，中国专利(CN201410798666.6)“一种纤维素/壳聚糖复合小球及其制备方法及应用”将纤维素和壳聚糖分别溶于离子液体中，加热交联并在凝固浴中得到凝胶态复合小球，并对其吸附性进行表征；中国专利(CN201110242033.3)“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，黄原酸化得到最终产品魔芋接枝型黄原酸酯；中国专利(CN201510389451.3)“一种用于焦化废水的复合型高分子絮凝剂及其制备方法”以多种改性淀粉为原料，在引发剂和弱酸条件下，与多种单体进行接枝共聚，制备得到改性淀粉接枝共聚物，并与多种无机絮凝剂共混制成了复合型高分子絮凝剂；美国专利(US 20150197439A1)“一种污泥脱水方法”将污泥与纤维素混合得到改性污泥，再将改性污泥与凝结剂混合使污泥凝结改性。截至目前，还未见到同时利用纤维素和壳聚糖为基础原料，用于制备环境友好、高效絮凝绿色絮凝材料的相关工艺技术出现。

纤维素和壳聚糖均为天然高分子化合物，来源广泛、可生物降解、价格低廉，将其作为基础原料制备一种新型绿色絮凝材料，将具备可生物降解、产品附加值高等优点，为新型绿色絮凝材料的制备提供了一条创新思路。

发明内容

为了克服目前制备的絮凝材料不能生物降解等问题，同时资源化利用纤维素和壳聚糖，以制备高附加值可生物降解的绿色絮凝材料，本发明的目的是提供一种用于处理印染废水的纤维素-壳聚糖绿色絮凝材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是采用以下步骤：

1)将纤维素粉末溶于-10～-15℃预冷冻的6wt％氢氧化钠和14wt％尿素溶液中，得到无色、透明的纤维素溶液；

2)将壳聚糖溶解在1wt％乙酸溶液中，磁力搅拌器250r/min在常温下搅拌1～2h，将壳聚糖的氨基质子化，得到壳聚糖浑浊液；

3)将步骤2)中得到的壳聚糖浑浊液，溶解在7wt％氢氧化钠和10wt％尿素溶液中，经3次冷冻循环，得到无色、透明的壳聚糖溶液；

4)将步骤1)中得到的纤维素溶液和步骤3)中得到的壳聚糖溶液在25～80℃下按照一定质量比在200r/min磁力搅拌下进行混合，加入一定量的20wt％戊二醛溶液，搅拌反应25～150min，得到胶状产物；

5)将步骤4)中得到的胶状产物用去离子水洗涤至中性，用无水乙醇洗去未反应的戊二醛，再用去离子水将产物洗净，常温下干燥至恒重，得到纤维素-壳聚糖绿色絮凝材料。

所述的3次冷冻循环为在-10℃下将壳聚糖溶液冷冻30min，在常温下搅拌1h。

所述的纤维素与壳聚糖的质量比为1:0.2～5；20wt％戊二醛溶液的加入量为0.20～1.20g/g。

与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：

本发明在制备绿色絮凝材料中引入了壳聚糖，扩充了制备绿色絮凝材料的原料范围，开拓了壳聚糖的应用领域并有利于加快突破制备絮凝原料来源的局限；同时了提出高值化利用纤维素和壳聚糖的一条创新思路，符合国家发展循环经济政策。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1:

1)将纤维素粉末溶于-10℃预冷冻的6wt％氢氧化钠和14wt％尿素溶液中，得到无色、透明的纤维素溶液；

2)将壳聚糖溶解在1wt％乙酸溶液中，磁力搅拌器250r/min在常温下搅拌1.5h，将壳聚糖中的氨基质子化，得到壳聚糖浑浊液；

3)将步骤2)中得到的壳聚糖浑浊液，溶解在7wt％氢氧化钠和10wt％尿素溶液中，在-10℃下将壳聚糖溶液冷冻30min，在常温下搅拌1h，经3次冷冻循环，得到无色、透明的壳聚糖溶液；

4)将步骤1)中得到的纤维素溶液和步骤3)中得到的壳聚糖溶液在40℃下按照纤维素与壳聚糖1:5的质量比在200r/min磁力搅拌下进行混合，加入0.20g/g 20wt％戊二醛溶液，搅拌反应25min，得到胶状产物；

5)将步骤4)中得到的胶状产物用去离子水洗涤至中性，用无水乙醇洗去未反应的戊二醛，再用去离子水将产物洗至干净，在常温下干燥至恒重，得到纤维素-壳聚糖绿色絮凝材料(a)。

实施例2:

1)将纤维素粉末溶于-15℃预冷冻的6wt％氢氧化钠和14wt％尿素溶液中，得到无色、透明的纤维素溶液；

2)将壳聚糖溶解在1wt％乙酸溶液中，磁力搅拌器250r/min在常温下搅拌2h，将壳聚糖中的氨基质子化，得到壳聚糖浑浊液；

3)将步骤2)中得到的壳聚糖浑浊液，溶解在7wt％氢氧化钠和10wt％尿素溶液中，在-10℃下将壳聚糖溶液冷冻30min，在常温下搅拌1h，经3次冷冻循环，得到无色、透明的壳聚糖溶液；

4)将步骤1)中得到的纤维素溶液和步骤3)中得到的壳聚糖溶液在55℃下按照纤维素与壳聚糖1:0.8的质量比在200r/min磁力搅拌下进行混合，加入1.20g/g 20wt％戊二醛溶液，搅拌反应65min，得到胶状产物；

5)将步骤4)中得到的胶状产物用去离子水洗涤至中性，用无水乙醇洗去未反应的戊二醛，再用去离子水将产物洗至干净，在常温下干燥至恒重，得到纤维素-壳聚糖绿色絮凝材料(b)。

实施例3:

1)将纤维素粉末溶于-12℃预冷冻的6wt％氢氧化钠和14wt％尿素溶液中，得到无色、透明的纤维素溶液；

2)将壳聚糖溶解在1wt％乙酸溶液中，磁力搅拌器250r/min在常温下搅拌1h，将壳聚糖中的氨基质子化，得到壳聚糖浑浊液；

3)将步骤2)中得到的壳聚糖浑浊液，溶解在7wt％氢氧化钠和10wt％尿素溶液中，在-10℃下将壳聚糖溶液冷冻30min，在常温下搅拌1h，经3次冷冻循环，得到无色、透明的壳聚糖溶液；

4)将步骤1)中得到的纤维素溶液和步骤3)中得到的壳聚糖溶液在25℃下按照纤维素与壳聚糖1:0.2的质量比在200r/min磁力搅拌下进行混合，加入0.50g/g 20wt％戊二醛溶液，搅拌反应100min，得到胶状产物；

5)将步骤4)中得到的胶状产物用去离子水洗涤至中性，用无水乙醇洗去未反应的戊二醛，再用去离子水将产物洗至干净，在常温下干燥至恒重，得到纤维素-壳聚糖绿色絮凝材料(c)。

实施例4:

1)将纤维素粉末溶于-13℃预冷冻的6wt％氢氧化钠和14wt％尿素溶液中，得到无色、透明的纤维素溶液；

2)将壳聚糖溶解在1wt％乙酸溶液中，磁力搅拌器250r/min在常温下搅拌1.5h，将壳聚糖中的氨基质子化，得到壳聚糖浑浊液；

3)将步骤2)中得到的壳聚糖浑浊液，溶解在7wt％氢氧化钠和10wt％尿素溶液中，在-10℃下将壳聚糖溶液冷冻30min，在常温下搅拌1h，经3次冷冻循环，得到无色、透明的壳聚糖溶液；

4)将步骤1)中得到的纤维素溶液和步骤3)中得到的壳聚糖溶液在80℃下按照纤维素与壳聚糖1:1的质量比在200r/min磁力搅拌下进行混合，加入0.80g/g 20wt％戊二醛溶液，搅拌反应150min，得到胶状产物；

5)将步骤4)中得到的胶状产物用去离子水洗涤至中性，用无水乙醇洗去未反应的戊二醛，再用去离子水将产物洗至干净，在常温下干燥至恒重，得到纤维素-壳聚糖绿色絮凝材料(d)。

测定实施例1、实施例2、实施例3、实施例4制备得到的4种纤维素-壳聚糖绿色絮凝材料对含丝多组分面料印染废水的处理效果。表1为由实施例1、实施例2、实施例3、实施例4制备的纤维素-壳聚糖绿色絮凝材料分别对含丝多组分面料印染废水处理效果的表征结果。由表1中数据可知，所制备的绿色絮凝材料对含丝多组分面料印染废水的COD去除率在69.0％-74.7％，浊度去除率在87.4％-93.7％，印染废水COD和浊度去除效果明显。说明依托该技术制备的纤维素-壳聚糖绿色絮凝材料对含丝多组分面料印染废水具有良好的混凝沉淀效果，可将其应用于含丝多组分面料印染废水的混凝沉淀工段。

表1

以上列举的仅是本发明的具体实施例。本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于处理含丝多组分面料印染废水的纤维素-壳聚糖绿色絮凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将纤维素粉末溶于-10～-15℃预冷冻的6wt％氢氧化钠和14wt％尿素溶液中，得到无色、透明的纤维素溶液；

2)将壳聚糖溶解在1wt％乙酸溶液中，磁力搅拌器250r/min在常温下搅拌1～2h，将壳聚糖的氨基质子化，得到壳聚糖浑浊液；

3)将步骤2)中得到的壳聚糖浑浊液，溶解在7wt％氢氧化钠和10wt％尿素溶液中，经3次冷冻循环，得到无色、透明的壳聚糖溶液；

4)将步骤1)中得到的纤维素溶液和步骤3)中得到的壳聚糖溶液在25～80℃下按照一定质量比在200r/min磁力搅拌下进行混合，加入一定量的20wt％戊二醛溶液，搅拌反应25～150min，得到胶状产物；

5)将步骤4)中得到的胶状产物用去离子水洗涤至中性，用无水乙醇洗去未反应的戊二醛，再用去离子水将产物洗净，常温下干燥至恒重，得到纤维素-壳聚糖绿色絮凝材料。

2.根据权利要求1所述的一种用于处理含丝多组分面料印染废水的纤维素-壳聚糖绿色絮凝材料的制备方法，其特征在于：所述的3次冷冻循环为在-10℃下将壳聚糖溶液冷冻30min，在常温下搅拌1h。

3.根据权利要求1所述的一种用于处理含丝多组分面料印染废水的纤维素-壳聚糖绿色絮凝材料的制备方法，其特征在于：所述的纤维素与壳聚糖的质量比为1:0.2～5；20wt％戊二醛溶液的加入量为0.20～1.20g/g。