一种钛盐改性的阳离子阿拉伯胶助凝剂的制备方法与流程

本发明涉及一种钛盐改性的阳离子阿拉伯胶助凝剂的制备方法。

背景技术：

1、化学混凝工艺是污水处理常见的一种工艺，即向水中投加无机或有机混凝剂，在混凝剂的作用下，使废水中的胶体和细微悬浮物凝聚成絮凝体，然后予以分离除去的水处理方法。目前常用絮凝剂包括无机絮凝剂(如pac、pfs)、有机絮凝剂(pam等)、生物絮凝剂和复配絮凝剂。无机絮凝剂虽成本低，但添加量大、污泥产量大、效率较低、絮体沉淀速度较慢、铝盐及铁盐的泄露会造成膜的污堵；有机絮凝剂效率相比无机盐絮凝剂效率高几倍至几十倍，但存在残留单体毒性大、分子量大难降解等问题。

技术实现思路

1、发明目的：本发明目的旨在提供一种钛盐改性的阳离子阿拉伯胶助凝剂的制备方法，在污水处理过程中，本发明制得的阳离子助凝剂可以替代无机絮凝剂使用，其具有良好的絮凝沉降效果，在降低污泥产生量和出水tds的同时还能有效减少有机絮凝剂的投加量。

2、技术方案：本发明所述的钛盐改性的阳离子阿拉伯胶助凝剂的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)制备阳离子阿拉伯胶：将阿拉伯胶溶解于naoh溶液中，室温下缓慢搅拌2～3h至混合均匀；

4、(2)向上述溶液中加入含3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵的异丙醇溶液，缓慢搅拌2～3h至膨胀；该步骤为醚化反应；阿拉伯胶在异丙醇中溶胀后，经过碱化形成活化中心，再与带季铵盐基团的醚化剂3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵反应，制备成季铵型阿拉伯胶；该步骤一方面能够生成呈枝状结构的聚合物，枝状结构的阳离子有机物具有更高的延展性，使结构上絮凝基团的分布更为广阔和分散，利于增强其网捕悬浮颗粒和吸附污染物的能力，从而使其对悬浮体系中的颗粒物有更强的捕捉与促沉作用；另一方面能够增加分子链上活性基团的数量，有利于后续钛盐的负载；

5、(3)将步骤(2)的混合溶液放至微波中，反应后将改性得到的阳离子阿拉伯胶取出，用乙醇水溶液和蒸馏水反复浸泡、清洗，至电导率小于10；通过阳离子改性使阿拉伯胶上的活性基团增多，活性基团增多能够负载更多的金属钛离子；

6、(4)将步骤(3)的阳离子阿拉伯胶放至烘箱中，干燥后得到粉末状的阳离子阿拉伯胶；

7、(5)按硫酸钛与阳离子阿拉伯胶质量比为20～30：1，将阳离子阿拉伯胶加至硫酸钛溶液中，搅拌3～4h，得到高分子量的钛盐改性的阳离子阿拉伯胶助凝剂；为改善阳离子阿拉伯胶作为絮凝剂的沉降性能，因此将钛离子负载于阳离子阿拉伯胶上。

8、其中，步骤(1)中，naoh溶液中的质量浓度为5～6％。

9、其中，步骤(2)中，含3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵的异丙醇溶液中，3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(chptma)与异丙醇的摩尔比为1：1～1：1.5。

10、其中，步骤(3)中，微波功率为500w，反应时间为15～20min。

11、其中，步骤(3)中，乙醇水溶液的质量浓度为不低于80％。

12、其中，步骤(4)中，干燥温度为45～50℃，干燥时间为22～24h。

13、其中，步骤(5)中，硫酸钛溶液的质量分数为2％～5％。

14、本发明采用阿拉伯胶作为被改性多糖，利用微波辐射法对其进行阳离子改性，阳离子改性的目的一方面是使生成的聚合物呈枝状结构，分散絮凝基团，从而对悬浮体系中的颗粒物有更强的捕捉与促沉作用；一方面是能够大幅增加分子链上活性基团的数量，从而利于后续金属钛离子的负载。微波辐射方法可改善产品取代度的均匀性，提高反应效率，将钛离子负载于改性后的阳离子阿拉伯胶上，可提高阳离子阿拉伯胶作为絮凝剂的沉降性能，并且絮凝沉淀后的污泥经过高温煅烧能够获得具有高光催化活性的tio2，从而变废为宝，降低固废的处理成本。

15、有益效果：相比于现有技术，本发明具有如下显著的效果：

16、(1)本发明采用阿拉伯胶作为被改性多糖，阿拉伯胶含有丰富的羟基，通过对这些游离的羟基进行醚化可以改变阿拉伯胶的化学结构，转变为季铵型高分子多糖，增加分子链上活性基团的数量，从而利于后续金属钛离子的负载，同时生成的聚合物呈枝状结构，能够分散絮凝基团，对污染物有更强的吸附作用(枝状结构的阳离子有机物具有更高的延展性，絮凝基团的分布更为广阔和分散，利于增强其网捕悬浮颗粒和吸附污染物的能力)；

17、(2)本发明利用微波辐射法对阿拉伯胶进行阳离子改性，在改性过程中微波辐射法可改善产品取代度的均匀性，并且提高反应效率；

18、(3)将钛盐负载于改性后的阳离子阿拉伯胶上，可大幅提高阳离子阿拉伯胶作为絮凝剂的沉降性能；钛盐水解迅速，可取得与铝盐、铁盐混凝剂相当的混凝效果，尤其在低温低浊水处理方面；

19、(4)本发明作为助凝剂使用时，可减少有机絮凝剂40％～60％的投加量。

技术特征：

1.一种钛盐改性的阳离子阿拉伯胶助凝剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的钛盐改性的阳离子阿拉伯胶助凝剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，naoh溶液中的质量浓度为5～6％。

3.根据权利要求1所述的钛盐改性的阳离子阿拉伯胶助凝剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，含3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵的异丙醇溶液中，3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵与异丙醇的摩尔比为1：1～1：1.5。

4.根据权利要求1所述的钛盐改性的阳离子阿拉伯胶助凝剂的制备方法，其特征在于：3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵与naoh的摩尔比为1：0.05～1：0.1。

5.根据权利要求1所述的钛盐改性的阳离子阿拉伯胶助凝剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，微波功率为500w，反应时间为15～20min。

6.根据权利要求1所述的钛盐改性的阳离子阿拉伯胶助凝剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，乙醇水溶液的质量浓度为不低于80％。

7.根据权利要求1所述的钛盐改性的阳离子阿拉伯胶助凝剂的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，干燥温度为45～50℃，干燥时间为22～24h。

8.根据权利要求1所述的钛盐改性的阳离子阿拉伯胶助凝剂的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，硫酸钛溶液的质量分数为2％～5％。

技术总结本发明公开了一种钛盐改性的阳离子阿拉伯胶助凝剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将阿拉伯胶溶解于NaOH溶液中，室温下缓慢搅拌2～3h至均匀；(2)向上述溶液中加入含3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵的异丙醇溶液，缓慢搅拌2～3h至膨胀；(3)将步骤(2)的混合溶液放至微波中，反应后将改性得到的阳离子阿拉伯胶取出，用乙醇水溶液和蒸馏水反复浸泡、清洗，至电导率小于10；(4)将步骤(3)的阳离子阿拉伯胶放至烘箱中，干燥后得到粉末状的阳离子阿拉伯胶；(5)按硫酸钛与阳离子阿拉伯胶质量比为20～30：1，将阳离子阿拉伯胶加至硫酸钛溶液中，搅拌3～4h，得到高分子量的钛盐改性的阳离子阿拉伯胶助凝剂。技术研发人员：熊江磊,姜晴晴,周伟,罗嘉豪,张旭初,潘婷,冯骞受保护的技术使用者：江苏中电创新环境科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/11