一種樹枝狀纖維素基兩性絮凝脫色劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及水處理工程技術領域，特別涉及一種樹枝狀纖維素基兩性絮凝脫色劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著人們對環境問題的日益重視，環境污染處理新技術得到快速發展。其中，絮凝脫色技術具有經濟、高效等優點，尤其是在脫除顆粒物質、染料、重金屬等方面一直備受關注。
[0003]目前常用的絮凝脫色劑主要有以鋁鹽和鐵鹽為代表的無機高分子絮凝脫色劑和以人工化學合成的聚丙烯酰胺為代表的有機高分子絮凝脫色劑。無機絮凝劑雖然價格低廉，但其所形成的絮凝體較小，處理效果不穩定，應用條件范圍小;而有機合成絮凝劑雖然產品穩定性好、絮凝效果好，但是存在合成成本高、單體危害大而且使用后的高分子絮凝劑難以被環境降解，對人體及環境都有潛在的危害。此外，工農業廢水成分復雜，現有絮凝劑難以將廢水中復雜多樣的污染物有效去除。因此，開發高效穩定、環境友好的新型絮凝脫色劑成為當前水環境處理領域的研究熱點之一。
【發明內容】
[0004]為克服現有技術存在應用范圍小、處理效果不佳、對環境及人體存在潛在危害等問題，本發明提供了一種樹枝狀纖維素基兩性絮凝脫色劑及其制備方法，絮凝效能高、效果穩定、環境友好，同時為纖維素可再生資源的高值化綜合利用提供一種新途徑。
[0005]為實現上述目的，本發明的技術解決方案是:
[0006]—、一種樹枝狀纖維素基兩性絮凝脫色劑:
[0007]如圖1所示，主要以含有纖維素材料作為分子骨架，在纖維素材料上進行氧化制得二醛纖維素鍵和接枝聚乙烯亞胺制備得到樹枝狀的所述絮凝脫色劑，圖1的超分子只是提供一實例。
[0008]所述的纖維素材料采用羧甲基纖維素鈉或者纖維素粉、廢棄紙漿柏、木漿柏、棉漿柏等來源的纖維素材料中的一種。
[0009]所述絮凝脫色劑是以水為溶劑，以纖維素材料為分子骨架氧化后利用醛基與氨基形成席夫堿結構鍵合接枝不同分子量的聚乙烯亞胺制備而成。
[0010]二、一種樹枝狀纖維素基兩性絮凝脫色劑的制備方法:
[0011]通過以水為溶劑，以纖維素材料為分子骨架，先利用高碘酸鈉氧化纖維素材料形成二醛纖維素，再利用醛基與氨基形成席夫堿結構鍵合接枝聚乙烯亞胺上制備得到樹枝狀的所述絮凝脫色劑，并通過改變纖維素材料和聚乙烯亞胺的質量比調控所述絮凝脫色劑的表面電荷特性和活性位點。
[0012]其制備方法具體包括如下步驟:
[0013]I)將纖維素材料加入蒸餾水中，常溫條件下磁力攪拌，得到均勻的纖維素懸液或溶液；
[0014]2)將高碘酸鈉在磁力攪拌作用下加入步驟I)得到的纖維素懸液或溶液中，在35?75°C 下氧化 120 ?300min;
[0015]3)隨后再加入分子量為600?10000的聚乙烯亞胺進行接枝反應，反應時間為120?240min，得到均勻的溶液；
[0016]4)將步驟3)得到的溶液加入到5倍體積的無水乙醇中，將混合物以8000rpm轉速離心5min收集沉淀物，經離心洗滌干燥，即得樹枝狀所述纖維素基兩性絮凝脫色劑。
[0017]所述步驟I)中纖維素材料與蒸餾水的質量比為1:80?120;所述步驟2)中加入的高碘酸鈉與原料纖維素材料的質量比為0.5?4:1;所述步驟3)中加入的聚乙烯亞胺與原料纖維素材料的質量比為0.5?3:1。
[0018]所述的纖維素材料為羧甲基纖維素鈉或者纖維素粉、廢棄紙漿柏、木漿柏、棉漿柏等來源的纖維素材料中的一種。
[0019]本發明與現有技術相比所具有的有益效果是:
[0020]1.應用范圍廣、絮凝脫色效能高:利用氧化接枝技術，在纖維素分子骨架上引入聚乙烯亞胺，得到樹枝狀的纖維素基絮凝脫色劑。通過改變聚乙烯亞胺與纖維素材料的質量比，可以有效調控絮凝脫色劑表面電性，擴大其對復雜水體的應用范圍；樹枝狀絮凝脫色劑表面存在大量活性位點，產生“放大效應”，可以快速、大容量的絮凝脫除水體中的污染物。[0021 ] 2.合成方法簡單:反應過程中以水為溶劑，利用高碘酸鈉將纖維素材料氧化為二醛纖維素后，在較低溫度下與聚乙烯亞胺利用席夫堿結構鍵合，且無需多級分離提純，制備工藝簡單，易于實現工業化生產。
[0022]3.環境友好:以纖維素和聚乙烯亞胺為原料，通過簡單工藝制備的樹枝狀纖維素基兩性絮凝脫色材料可生物降解，不會產生有害物質，對環境沒有二次污染。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明利用羧甲基纖維素鈉作為纖維素材料制備的絮凝脫色劑的超分子結構示意圖。
[0024]圖2為實施例1?5制備的絮凝脫色劑處理高嶺土溶液的濁度-時間曲線。
[0025]圖3為實施例3制備的絮凝脫色劑在不同pH值下的Zeta電位圖。
[0026]圖4為實施例3制備的絮凝脫色劑處理剛果紅溶液的脫色率圖。
【具體實施方式】
[0027]為更進一步闡述本發明所采取的技術手段及其有益效果，以下結合本發明的實施例及其附圖進行具體說明。
[0028]本發明的實施例如下:
[0029]實施例1:
[0030](I)將0.5g羧甲基纖維素鈉加入40mL蒸餾水中，常溫下磁力攪拌，得到均勻、透明的羧甲基纖維素鈉溶液；
[0031](2)將0.25g高碘酸鈉在磁力攪拌作用下加入步驟(I)得到的羧甲基纖維素鈉溶液中，在35°C下氧化120min;隨后按照聚乙烯亞胺與羧甲基纖維素鈉的質量比為0.5:1，加入分子量為600的聚乙烯亞胺，接枝反應120min，得到均勻、透明的溶液；
[0032](3)將步驟(2)得到的溶液加入到5倍體積的無水乙醇中，將混合物SOOOrpm離心5min收集沉淀物，經離心洗滌干燥，即得樹枝狀的纖維素基兩性絮凝劑。
[0033]本實施例制備的絮凝脫色劑形成濃度為2g/L溶液，在不同的pH下呈現不同的表面電荷特性如圖3所示，其Zeta電位范圍在-60?10mV，其對500mg/L的高嶺土溶液的濁度去除率達到75.4%，對10ppm的酸性紅染料的脫色率達到90%。
[0034]實施例2:
[0035](I)將0.5g紙漿柏加入50mL蒸餾水中，常溫下磁力攪拌，得到分散均勻的纖維素懸液；
[0036](2)將0.5g高碘酸鈉在磁力攪拌作用下加入步驟(I)得到的纖維素懸液中，在50°C下氧化120min;隨后按照聚乙烯亞胺與紙漿柏的質量比為1:1，加入分子量為3000的聚乙烯亞胺，接枝反應150min，得到均勾、透明的溶液；
[0037](3)將步驟(2)得到的溶液加入到5倍體積的無水乙醇中，將混合物SOOOrpm離心5min收集沉淀物，經離心洗滌干燥，即得樹枝狀的纖維素基兩性絮凝劑。
[0038]本實施例制備的絮凝脫色劑形成濃度為2g/L溶液，在不同的pH下呈現不同的表面電荷