[发明专利]一种天然高分子絮凝剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然高分子絮凝剂及其制备方法，属于天然高分子材料和水处理絮凝剂技术领域。

背景技术

絮凝法是废水处理中应用最普遍的方法之一，具有工艺简单和费用低廉的特点。目前的工业中广泛使用的絮凝剂主要有无机絮凝剂和有机合成高分子絮凝剂。无机絮凝剂投药量大，污泥量大；有机合成高分子絮凝剂价格高，难以生物降解, 部分残留的单体有毒，在实际的废水处理应用中受到了限制。而天然高分子具有来源广泛、价格低廉、活性基团多、无毒、可生物降解等优点，可用于研制新型高效的环保型絮凝剂。

木质素是一类无定形、具有巨大网状空间结构的天然高分子聚合物, 主要由羟基苯丙基、愈创木基及紫丁香基三种不同类型的苯丙烷单体通过脱氢聚合生成。木质素分子中含有酚羟基、醇羟基、醛基、酮基、甲氧基、羧基等活性基团，可作为絮凝剂使用，具有较强的金属离子螯合能力，在处理印染废水和味精废液中也有较好的絮凝性能(胡鸿达, 江卓丽, 木质素性质与综合利用,华东纸业, 2010, 41:55－58)。木质素作为造纸工业的副产物，全世界每年排出1.5～1.8 亿吨工业木质素，其中绝大部分作为热源利用，只有不足1 % ( 主要以木质素磺酸盐的形式) 作为有机化学资源被再利用，另外还有一部分被排放成为环境污染物。如能有效利用，不仅可以变废为宝，而且可以减少污染物的排放。总的来说，木质素来源广泛、价格低廉、无毒可生物降解，是一种良好的天然絮凝剂原材料。

腐植酸是动植物遗骸经过微生物分解和转化以及地球物理、化学作用等一系列过程所形成的一类天然大分子有机弱酸混合物。腐植酸类物质含有酚羟基、醇羟基、烯醇基、磺酸基、胺基、醌基、半醌基、甲氧基和羧基等多种活性官能团，以及少量的氨基酸、维生素、酶类和多种微量元素，其主要组成元素是C、H、O、N 和S；对各种重金属离子和有机污染物具有较强的吸附结合和络合能力, 可用于重金属离子污水和各种含有机污染物污水的处理(李仲谨等, 腐植酸类物质应用研究进展, 化学研究, 2009, 20:103－107)。

木质素和腐植酸对水体污染物有一定的吸附作用，但其分子量都比较低，且遇水易溶胀产生阻水效应，应用性能较差，因此其本身作为絮凝剂使用的应用前景不大。目前工业中广泛采用合成聚丙烯酰胺超高分子量的絮凝剂，其分子量高，絮凝性能优良，但其单体的毒性对生态和环境有其潜在的风险。若能将天然的木质素和腐植酸聚合成较高分子量的共聚物，则可提高其絮凝能力，开发出新型高效无毒的天然高分子絮凝剂。目前，已有对木质素或腐植酸改性的专利申请（CN102583684A，CN102745789A），但对于木质素与腐植酸共聚合成天然高分子絮凝剂的研究和应用还未见报导。

发明内容

本发明的主要设想是采用简单温和的共聚方法，将木质素和腐植酸共聚制备出新型的天然高分子絮凝剂。通过共聚，一方面可提高其分子量，另一方面可使共聚物具有更多的活性基团，从而提高其综合性能，适合多种废水的处理应用。

本发明中木质素和腐植酸共聚天然高分子絮凝剂及其制备方法具体如下。

(1) 分别配制质量浓度为10～25％的木质素和腐植酸水溶液，混合木质素和腐植酸溶液。

(2) 加入引发剂过硫酸钾或过硫酸铵，质量浓度控制在0.5～2％之间。

(3) 在搅拌的条件下，恒温反应3～5小时，温度控制在50～70℃之间。

(4) 加入有机溶剂析出木质素和腐植酸的共聚物，过滤洗涤后在低温下烘干。

本发明制得的木质素和腐植酸共聚天然高分子絮凝剂外观呈棕黑色，对各种重金属废水、染料废水、蒙脱土悬浮液等都具有良好的絮凝作用。与现有技术相比，具有反应条件温和、工艺简单的特点。其主要优点是原料全部采用来源丰富的天然高分子，价格低廉，合成的絮凝剂无毒、可生物降解。在生产成本上有较大的优势，对设备要求不高，易于实现工业化并产生良好的经济效益。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明内容作进一步的说明，但本发明的实现方式并不局限于此。

实施例1：称取80 g碱木质素，溶解于500 ml水中。称取80 g腐植酸钠，溶解于500 ml水中。混合上述两种溶液，升温至50 ℃。加入10 g 过硫酸钾引发剂，在搅拌的条件下，恒温反应4小时。在反应后的溶液中，加入500 ml乙醇，析出碱木质素腐植酸钠共聚物，过滤洗涤后，在干燥器中50℃烘干12小时，制得木质素腐植酸共聚的天然高分子絮凝剂。

实施例2：称取120 g木质素磺酸盐，溶解于500 ml水中。称取120 g腐植酸钾，溶解于500 ml水中。混合上述两种溶液，升温至50 ℃。加入15 g 过硫酸铵引发剂，在搅拌的条件下，恒温反应5小时。在反应后的溶液中，加入500 ml丙酮，析出木质素磺酸盐腐植酸钾共聚物，过滤洗涤后，在干燥器中65℃烘干8小时，制得木质素腐植酸共聚的天然高分子絮凝剂。