公布日：2023.12.12
申请日：2023.11.08
分类号：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
本发明涉及污水处理剂制备技术领域，公开了一种生物碳可循环污水处理剂及其制备方法，通过改性载体表面的羟基和丙烯酸上的羧基酯化，使得表面接枝双键，制得强化载体，将强化载体、丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和改性剂聚合，形成聚酰胺链段，制得生物碳可循环污水处理剂。本发明污水处理剂含有硅氧烷结构，能够水解形成Si-OH键与污水中颗粒缩合达到吸附效果，同时能够与自身含有的Si-OH键缩合形成网格状结构，能够充分网络悬浮污垢；表面环糊精连接的网格状聚合物阳离子，通过吸附架桥与电荷中和作用有效捕获带有负电荷油滴和胶体悬浮物，且环糊精具有锥形圆柱空腔，使得污染物能够在腔中容纳，提高了污水处理剂除污效率。
权利要求书
1.一种生物碳可循环污水处理剂的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤A1：将3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷和去离子水混合搅拌后，加入浓硫酸和1,3-二（3-羟基丙基）-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，进行反应后，调节pH至中性，制得双羟基端聚硅氧烷，双羟基端聚硅氧烷、环氧氯丙烷和二甲基甲酰胺混合搅拌并加入氢氧化钠水溶液，进行反应，制得改性剂；步骤A2：将改性剂、β-环糊精、二甲基甲酰胺和氢氧化钠水溶液混合反应，制得强化剂，将改性载体、丙烯酸、对甲基苯磺酸和甲苯混合反应，过滤去除滤液，制得强化载体；步骤A3：将强化载体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铵、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和强化剂，通入氮气保护，搅拌并加入K2S2O8和Na2SO3，进行反应后，过滤去除滤液，将滤饼烘干，制得生物碳可循环污水处理剂；所述的改性载体由如下步骤制成：步骤B1：将纤维素、氢氧化钠水溶液和尿素水溶液混合搅拌并加入环氧氯丙烷和纳米四氧化三铁，搅拌处理，过滤去除滤液，制得纤维素微球，将纤维素微球、乙醇、醋酸、去离子水和钛酸四丁酯混合反应，过滤去除滤液，煅烧处理，制得预处理基体；步骤B2：将预处理基体分散在乙醇中，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷和去离子水，进行反应，制得氨基化基体，将聚乙烯醇、环氧氯丙烷和二甲基甲酰胺混合搅拌并加入氢氧化钠水溶液，进行反应后，加入氨基化基体，调节pH为碱性，继续反应，过滤去除滤液，制得改性载体。
2.根据权利要求1所述的一种生物碳可循环污水处理剂的制备方法，其特征在于：步骤A1所述的3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、去离子水和1,3-二（3-羟基丙基）-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷的用量比为1mmol:10mL:2mmol，浓硫酸的用量为3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷和1,3-二（3-羟基丙基）-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷质量和的1-1.5%，双羟基端聚硅氧烷、环氧氯丙烷和氢氧化钠水溶液的用量比为0.1mol:0.2mol:100mL。
3.根据权利要求1所述的一种生物碳可循环污水处理剂的制备方法，其特征在于：步骤A2所述的改性剂、β-环糊精和氢氧化钠水溶液的用量比为25g:6g:10mL，改性载体和丙烯酸的质量比为10:1，对甲基苯磺酸的用量为丙烯酸质量的1-1.2%。
4.根据权利要求1所述的一种生物碳可循环污水处理剂的制备方法，其特征在于：步骤A3所述的强化载体、丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和强化剂的质量比为3:8:6:2:13，K2S2O8和Na2SO3的质量和占丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和强化剂质量和的1-1.5%，K2S2O8和Na2SO3的质量比为8:3。
5.根据权利要求1所述的一种生物碳可循环污水处理剂的制备方法，其特征在于：步骤B1所述的纤维素、氢氧化钠水溶液、尿素水溶液、环氧氯丙烷和纳米四氧化三铁的用量比为4g:40mL:70mL:0.03g:0.5g，纤维素微球、乙醇、醋酸、去离子水和钛酸四丁酯的用量比4g:1mL:1mL:1mL:2mL。
6.根据权利要求1所述的一种生物碳可循环污水处理剂的制备方法，其特征在于：步骤B2所述的γ-氨丙基三乙氧基硅烷的用量为预处理基体质量的3-5%，聚乙烯醇、环氧氯丙烷、氢氧化钠水溶液和氨基化基体的用量比为4g:0.5g:10mL:1g。
7.一种生物碳可循环污水处理剂，其特征在于：根据权利要求1-6任一所述制备方法制备而成。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物碳可循环污水处理剂及其制备方法，解决了现阶段污水处理剂处理效果不佳，且不易回收循环使用的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种生物碳可循环污水处理剂的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤A1：将3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷和去离子水混合，在转速为200-300r/min，温度为60-70℃的条件下，搅拌10-15min后，加入浓硫酸和1,3-二（3-羟基丙基）-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，进行反应4-6h后，调节pH至中性，制得双羟基端聚硅氧烷，双羟基端聚硅氧烷、环氧氯丙烷和二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为200-300r/min，温度为30-40℃的条件下，搅拌并加入氢氧化钠水溶液，进行反应2-3h，制得改性剂；
步骤A2：将改性剂、β-环糊精、二甲基甲酰胺和氢氧化钠水溶液混合均匀，在转速为200-300r/min，温度为90-95℃的条件下，进行反应2-4h，制得强化剂；将改性载体、丙烯酸、对甲基苯磺酸和甲苯混合均匀，在转速为150-200r/min，温度为100-110℃的条件下，进行反应3-5h，过滤去除滤液，制得强化载体；
步骤A3：将强化载体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铵、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和强化剂，通入氮气保护，在转速为150-200r/min，温度为65-75℃，pH值为4-4.2的条件下，搅拌并加入K2S2O8和Na2SO3，进行反应5-7h后，过滤去除滤液，将滤饼烘干，制得生物碳可循环污水处理剂。
进一步，步骤A1所述的3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、去离子水和1,3-二（3-羟基丙基）-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷的用量比为1mmol:10mL:2mmol，浓硫酸的用量为3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷和1,3-二（3-羟基丙基）-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷质量和的1-1.5%，双羟基端聚硅氧烷、环氧氯丙烷和氢氧化钠水溶液的用量比为0.1mol:0.2mol:100mL，氢氧化钠水溶液的质量分数为7.5%。
进一步，步骤A2所述的改性剂、β-环糊精和氢氧化钠水溶液的用量比为25g:6g:10mL，氢氧化钠水溶液的质量分数为12%，改性载体和丙烯酸的质量比为10:1，对甲基苯磺酸的用量为丙烯酸质量的1-1.2%。
进一步，步骤A3所述的强化载体、丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和强化剂的质量比为3:8:6:2:13，K2S2O8和Na2SO3的质量和占丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和强化剂质量和的1-1.5%，K2S2O8和Na2SO3的质量比为8:3。
进一步，所述的改性载体由如下步骤制成：
步骤B1：将纤维素、氢氧化钠水溶液和尿素水溶液混合均匀，在转速为300-500r/min，温度为0℃的条件下，搅拌并加入环氧氯丙烷和纳米四氧化三铁搅拌1-1.5h，过滤去除滤液，制得纤维素微球，将纤维素微球、乙醇、醋酸、去离子水和钛酸四丁酯混合均匀，在转速为200-300r/min，温度为55-65℃的条件下，搅拌并加入浓盐酸至pH值为2-3，进行反应5-6h，过滤去除滤液，在温度为450-500℃，氮气保护的条件下，煅烧2-3h，制得预处理基体；
步骤B2：将预处理基体分散在乙醇中，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷和去离子水，在转速为150-200r/min，温度为60-70℃的条件下，进行反应3-5h，制得氨基化基体，将聚乙烯醇、环氧氯丙烷和二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为200-300r/min，温度为30-40℃的条件下，搅拌并加入氢氧化钠水溶液，进行反应2-3h后，加入氨基化基体，调节pH值为11-12，继续反应4-6h，过滤去除滤液，制得改性载体。
进一步，步骤B1所述的纤维素、氢氧化钠水溶液、尿素水溶液、环氧氯丙烷和纳米四氧化三铁的用量比为4g:40mL:70mL:0.03g:0.5g，氢氧化钠水溶液的质量分数为7%，尿素水溶液的质量分数为12%，纤维素微球、乙醇、醋酸、去离子水和钛酸四丁酯的用量比4g:1mL:1mL:1mL:2mL。
进一步，步骤B2所述的γ-氨丙基三乙氧基硅烷的用量为预处理基体质量的3-5%，聚乙烯醇、环氧氯丙烷、氢氧化钠水溶液和氨基化基体的用量比为4g:0.5g:10mL:1g，聚乙烯醇的分子量为2000。
本发明的有益效果：本发明制备的一种生物碳可循环污水处理剂，以3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷为原料水解再与1,3-二（3-羟基丙基）-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷聚合，形成双羟基封端聚硅氧烷，再与环氧氯丙烷反应，环氧氯丙烷上的环氧基与双羟基封端聚硅氧烷上的羟基反应后，再在氢氧化钠水溶液的作用下，闭环形成新的环氧基，制得改性剂，将改性剂与β-环糊精反应，使得改性剂上的环氧基和β-环糊精上的羟基反应，形成交联状的环糊精，制得强化剂，将改性载体与丙烯酸在对甲基苯磺酸的作用下，改性载体表面的羟基和丙烯酸上的羧基酯化，使得表面接枝双键，制得强化载体，将强化载体、丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和强化剂聚合，形成聚酰胺链段，制得生物碳可循环污水处理剂，该污水处理剂上含有硅氧烷结构，硅氧烷能够水解形成Si-OH键能够与污水中颗粒缩合达到吸附效果，同时能够与自身含有的Si-OH键缩合形成网格状结构，能够充分网络悬浮污垢，表面环糊精连接的网格状聚合物阳离子，通过吸附架桥与电荷中和作用捕获带有负电荷油滴和胶体悬浮物，且环糊精具有锥形圆柱空腔，使得污染物能够在腔中容纳，提高了污水处理剂除污效率，改性载体以纤维素为原料用环氧氯丙烷交联，形成纤维素包覆纳米四氧化三铁的纤维素微球，将纤维素用钛酸四丁酯处理，使得表面负载纳米二氧化钛再焙烧使得纤维素碳化，制得预处理基体，将预处理基体用γ-氨丙基三乙氧基硅烷处理，使得表面接枝氨基，将聚乙烯醇用环氧氯丙烷处理，使得聚乙烯醇侧链含有环氧基，再在碱性条件下与预处理基体表面的氨基反应，形成聚乙烯醇包覆，制得改性载体，改性载体表面含有纳米二氧化钛，纳米二氧化钛能够在受到紫外线照射时，能够发生光催化降解，进而降低了水中污染物，纳米四氧化三铁赋予了污水处理剂磁性，能够通过磁场分离，达到循环使用的效果。
（发明人：赵显飞;毕克举;于海龙;孙英钦;涂理达）
