[发明专利]一种改性壳聚糖絮凝剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种改性壳聚糖絮凝剂及其制备方法和应用，属于废水处理技术领域。本发明首先在壳聚糖分子内接入2,3‑环氧丙基三甲基氯化铵制备CTS‑ETA，ETA为阳离子型季铵盐，阳离子基团的引入能够增加溶解性，同时增强CTS絮凝剂的阳离子强度，从而增加电中和能力，进而增强絮凝效果；然后在CTS‑ETA接枝共聚丙烯酰胺制备CTS‑ETA‑AM，增加分子量，增加吸附架桥作用，提高其絮凝性能。本发明所制备的改性壳聚糖絮凝剂疏松、多孔，吸附性能优异，具有水溶性好、pH使用范围宽、电荷密度高和分子量大的特征。

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，尤其涉及一种改性壳聚糖絮凝剂及其制备方法和应用。

背景技术

在各种水和废水处理过程中，工业常用方法有氧化、离子交换、吸附、膜分离和絮凝等。其中，絮凝是一种使细碎或分散的颗粒聚集并形成大絮凝物以便与废水沉降和分离的过程，其主要目的是去除胶体和悬浮物质。与其它常用处理方法相比，絮凝法因具有方法简单、处理时间短、成本低和效率高等优点而被广泛应用于初级处理。

当使用絮凝法处理废水时，絮凝剂的选择对净化水质效率和防止二次污染都有着极大的影响。因此，选择合适类型的絮凝剂变尤为关键。目前，絮凝剂的类型多种多样，根据其化学成分的不同，可将絮凝剂主要分为无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。在以往的工程实践中，传统无机絮凝剂和合成高分子絮凝剂已被用作最常规的絮凝剂。然而，随着研究和应用的不断深入，这些絮凝剂的缺点也逐渐显现。一般来说，相对较高的投加量和污泥产量，以及较深的色度使得传统无机絮凝剂已不能满足人们对水质的需求；此外，酸性条件及残余金属离子还会对设备造成腐蚀，对水生生物和人体健康构成威胁。合成有机高分子絮凝剂以其高效的絮凝活性和低廉的成本正成为当今工业中最常用的絮凝剂。但是，它们难生物降解或不可生物降解的特性以及单体的毒性也给应用带来了一些严重的环境和健康挑战。所以，综合考虑效果、安全和经济等多种因素，可生物降解、环境友好、廉价易得、利用率高的天然有机高分子絮凝剂越来越受到重视，成为国内外学者和工程师争相研究的热点。例如甲壳素、淀粉、海藻酸、纤维素、木质素、单宁等。微生物絮凝剂，具有天然生物高分子絮凝剂的属性，但由于其生产工艺复杂、菌种培养发酵时间长、成本昂贵等缺点，限制了在实际供水处理中的应用。

壳聚糖(Chitosan，CTS)由仅次于纤维素的世界上第二丰富的天然聚合物甲壳素经脱乙酰化过程制备获得，是氨基葡萄糖和N-乙酰氨基葡萄糖的聚阳离子可生物降解高分子共聚物。由于分子中含有大量的氨基、N-乙酰基和羟基，且在酸性条件下具有较好的阳离子电荷密度和较高的分子量，壳聚糖已被用作天然絮凝剂。

絮凝法去除溶解性和颗粒性污染物的主要机理是电荷中和、吸附架桥和网捕卷扫作用。这些机理主要取决于絮凝剂在颗粒表面的吸附效果，通过选择或控制聚合物的电荷密度和分子量的范围来产生不同的絮凝机制。显而易见，电荷密度和分子量是影响和决定作用机理的重要因素。但是，壳聚糖分子内和分子间的存在很强的氢键作用，分子结构呈紧密的结晶态状，不溶于水和大多数有机溶剂，只能溶于醋酸、甲酸等酸性溶液，溶解性差导致其阳离子电荷密度受限；此外，壳聚糖的分子量相对较小，导致絮体较轻、沉降性较差、不能实现快速沉降的效果。这些缺点使得壳聚糖作为絮凝剂应用受到了严重的制约。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性壳聚糖絮凝剂及其制备方法和应用，所制备的改性壳聚糖絮凝剂疏松、多孔，具有水溶性好、pH使用范围宽、电荷密度高和分子量大的特征，絮凝效率高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种改性壳聚糖絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

将壳聚糖的有机酸溶液、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵和醚化剂混合，进行环氧开环加成反应，得到改性壳聚糖；

将所述改性壳聚糖的有机酸溶液、丙烯酰胺和引发剂混合，进行接枝共聚，得到改性壳聚糖絮凝剂。