[发明专利]魔芋改性染料絮凝剂及其制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于生物质材料及染料废水处理领域，具体涉及一种魔芋改性染料絮凝剂及其制备方法及其应用，其主要在染料合成或染整过程中排放出的染料废水或艺术涂料废水中应用，能实现同时除去阳离子染料、阴离子染料及络合型重金属离子。

背景技术

近些年来，我国每年污水排放量达390多亿吨，其中工业污水占51% ，而染料废水又占总工业废水排放量的35%，而且还以1%的速度在逐年增加。染料废水主要来自于染料合成及染料使用企业，由合成或染整过程中排放出的染料、助剂等组成。随着印染工业的飞速发展，我国是纺织品生产和加工大国，纺织品出口额已多年来列居世界首位，每年的染料生产量达1.5×10⁵吨，其中大约10%～15%的染料会直接随废水排入水体中，染料废水已成为水体重要污染源之一。为加强纺织染整工业水污染控制，2012年，环境保护部和国家质量监督检验检疫总局联合修订发布了《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB 4287-2012)。根据新的排放标准，采用传统的处理技术，很多印染企业无法达到新的国家排放标准，出现很多偷排放现象，发生了严重的水体环境污染事件。总体来说，目前的染料废水处理技术还无法达到国家排放标准，急需新材料和新技术的研发解决目前企业排放问题。染料废水具有极强的污染感，且有色水体会影响日光照射，不利于水生生物的生长，一般的生化法很难对其进行处理。染料废水的排放量也很大，而且排放具有间歇性，水质也不稳定，属于难治理废水。

传统的废水处理方法有物化法、化学混凝法、物理吸附法、生化法、电化学法等。化学混凝法是在染料废水中加入混凝剂，使污染物形成胶粒，通过混凝沉淀或气浮，从而去除废水中的污染物。混凝沉淀法是实际应用中最广泛的。混凝法能同时去除染料污染物和其他的大分子悬浮污染物。对废水的处理效果主要取决于混凝剂的结构性质。目前使用的混凝剂主要有无机混凝剂和有机高分子混凝剂。无机混凝剂主要以铝盐和铁盐为主，对以胶体或悬浮态存在于废水中的染料有较好的混凝效果，但是对于水溶性染料中分子量较小的，混凝效果则比较差。有机高分子混凝剂分子量大，溶入水中后分散为巨大数量的线性分子，对水中的胶体悬浮粒子的吸附架桥能力强。有机高分子混凝剂性质稳定，生长快，残渣少，对pH值要求较宽，其中最有代表性的就是聚丙烯酰胺，但聚丙烯酰胺不可降解，容易引发二次污染。近年来，以壳聚糖生物质材料开发新型可降解的混凝剂得了发展，可部分取代合成高分子聚丙烯酰胺。壳聚糖类可降解的混凝剂处理染料废水主要缺陷是沉降速度慢，无法快速处理染料废水。高分子的混凝法操作简便，处理成本低，适应性强，处理效果好，且各种新型混凝剂的开发一直都是相关领域的研究热点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种魔芋改性染料絮凝剂及其制备方法及其应用，其捕集能力强，沉降速度快，能处理络合型重金属离子，能在数秒内捕集染料分子及快速生长成大的沉降颗粒，实现快速分离染料的目的，无毒、环保，易降解，在使用过程中不易造成二次污染，操作简便，处理成本低，适应性强。

为了实现上述目的，本发明的魔芋改性染料絮凝剂的技术方案是这样实现的，其特征在于包括1～5份的魔芋葡甘聚糖（KGM）、50～200份的水、0.1～1份的引发剂偶氮二异丁基脒盐酸盐V-50、5～20份的丙烯酸（AA）、5～20份的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）、1～20份的N-乙烯基甲酰胺（NVF）、1～40份的环己二胺四乙酸二酐(CDTAD）及1～10份的氢氧化钾；它们是质量份数。

为了实现上述目的，本发明的魔芋改性染料絮凝剂的制备方法的技术方案是这样实现的，其特征在于制备步骤如下：

步骤一 KGM-g-P(AA-r-DMAEMA-r-NVF)的合成

将1～5份的魔芋葡甘聚糖（KGM）加入50～200份的水，控温40～70℃，进行溶解0.5～1小时；在氮气保护下，加入0.1～1份的引发剂偶氮二异丁基脒盐酸盐V-50、5～20份的丙烯酸（AA）、5～20份的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）和1～20份的N-乙烯基甲酰胺（NVF），接枝共聚1～20小时，降温停止反应；加入50～200份的乙醇进行沉淀分离，过滤及干燥后，获得高纯的魔芋葡甘聚糖-接枝-聚（丙烯酸-无规-甲基丙烯酸二甲氨基乙酯-无规-N-乙烯基甲酰胺）共聚物(KGM-g-P(AA-r-DMAEMA-r-NVF))，其中g代表接枝，r代表无规共聚；它们是质量份数；

步骤二 环己二胺四乙酸二酐(CDTAD）的合成