一种含有微塑料污水水体处理剂及其制备方法

本发明涉及污水处理，具体为一种含有微塑料污水水体处理剂及其制备方法。

背景技术：

1、微塑料通常是指直径小于5mm的塑料颗粒，微塑料来源广泛，迁移性强，工业废水排放和地表径流是水环境中微塑料的主要来源。微塑料不易降解，能长期存在并累积，它会沿着食物链富集传递，最终对人类产生危害。微塑料比表面积较大，老化破碎的微塑料具有丰富的官能团，在迁移转化过程中对重金属、有机污染物、病原菌等具有富集作用，从而构成复合污染，因此，水体中微塑料的污染控制迫在眉睫。目前常用的微塑料处理技术对微塑料的去除效果还有待提高，文献《聚合硫酸铁、聚合氯化铝去除水体中微塑料的研究》中，以聚合硫酸铁、聚合氯化铝为絮凝剂，采用絮凝法对水体中的微塑料进行絮凝，研究发现聚合硫酸铁对微塑料的去除效率在85%以上，聚合氯化铝对微塑料的去除效率在95%以上。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种含有微塑料污水水体处理剂及其制备方法，实现对污水中微塑料的高效去除。

3、（二）技术方案

4、为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种含有微塑料污水水体处理剂，包括以下重量组分：15-20重量份的季铵盐修饰壳聚糖改性碳纳米管、12-18重量份的羧基甜菜碱纤维素改性聚丙烯酰胺、4-8重量份的聚合氯化铝。

5、优选的，所述季铵盐修饰壳聚糖改性碳纳米管的制备方法，其中，包括以下步骤：

6、（1）向质量分数为1%-1.5%的冰醋酸溶液中加入5-8g壳聚糖，搅拌溶解，通入氮气吹扫10-15min以排除空气，加入0.05-0.09g的引发剂，预处理6-10min，再向其中滴加18-22g的(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵，滴加时间控制在20-25min，在60-68℃下反应4-6h，反应结束后，冷却至室温，离心分离，洗涤并干燥，得到季铵盐修饰壳聚糖；

7、（2）将酰氯化多壁碳纳米管加入n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，超声分散1-3h，再加入16-20g的季铵盐修饰壳聚糖，超声分散40-50min，通入氮气保护，在95-100℃反应20-24h，反应结束后，过滤，用去离子水洗涤至中性，真空干燥，得到季铵盐修饰壳聚糖改性碳纳米管。

8、优选的，所述步骤（1）中引发剂为过硫酸钾。

9、优选的，所述步骤（2）中酰氯化多壁碳纳米管的制备方法为：向反应器中加入15-18g的羧基化多壁碳纳米管、30-40g的氯化亚砜，搅拌混合，升温至68-72℃，回流反应12-16h，旋蒸去除未反应的氯化亚砜，用n,n-二甲基甲酰胺溶剂洗涤，离心分离，真空干燥，得到酰氯化多壁碳纳米管。

10、优选的，所述羧基甜菜碱纤维素改性聚丙烯酰胺的制备方法，其中，包括以下步骤：

11、s1.向甲苯溶剂中加入16-24g的氢氧化钠溶液、4-8g的纤维素、18-24g的2-氯-n-苯基-n-丙-2-烯基-乙酰胺，搅拌混合，通入氮气保护，升温至130-140℃，在600-800rpm下反应10-12h，反应结束后，离心分离，用去离子水洗涤后加入盐酸中和，真空干燥，得到含烯基纤维素；

12、s2.向无水乙醇溶剂中加入含烯基纤维素、11-溴十一酸、碘化钾催化剂，通入氮气保护，在34-38℃下反应20-24h，反应结束后，过滤，洗涤并干燥，得到羧基甜菜碱纤维素；

13、s3.向氯化钠溶液中加入13-17g的丙烯酰胺、6-9g的羧基甜菜碱纤维素、3-5g的十二烷基硫酸钠乳化剂，搅拌溶解，通入氮气除氧20-30min后，加入0.07-0.09g的偶氮引发剂，升温至42-50℃，反应17-20h，反应结束后，浸入丙酮中8-10h以除去未反应完的单体，真空干燥，得到羧基甜菜碱纤维素改性聚丙烯酰胺。

14、优选的，所述s1中氢氧化钠溶液的质量分数为83%-87%。

15、优选的，所述s2中含烯基纤维素、11-溴十一酸、碘化钾的质量比为1:1.1-1.3:0.06-0.09。

16、优选的，所述s3中氯化钠溶液的质量分数为4%-4.8%，偶氮引发剂为偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐。

17、优选的，所述含有微塑料污水水体处理剂的制备方法为：将季铵盐修饰壳聚糖改性碳纳米管、羧基甜菜碱纤维素改性聚丙烯酰胺、聚合氯化铝加入到反应器中，在1200-1500rpm下搅拌12-20min，得到含有微塑料污水水体处理剂。

18、（三）有益的技术效果

19、本发明通过将季铵盐修饰壳聚糖改性碳纳米管、羧基甜菜碱纤维素改性聚丙烯酰胺、聚合氯化铝加入到反应器中搅拌，得到含有微塑料污水水体处理剂。

20、壳聚糖中的氨基和(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵中的烯基发生接枝聚合反应，得到季铵盐修饰壳聚糖，羧基化多壁碳纳米管和氯化亚砜发生酰氯化反应，再和季铵盐修饰壳聚糖中的羟基反应，得到季铵盐修饰壳聚糖改性碳纳米管。纤维素中的羟基和2-氯-n-苯基-n-丙-2-烯基-乙酰胺中的氯发生醚化反应，得到含烯基纤维素，含烯基纤维素中的叔胺和11-溴十一酸发生季铵化反应，得到羧基甜菜碱纤维素，羧基甜菜碱纤维素和丙烯酰胺在水溶液中聚合，得到羧基甜菜碱纤维素改性聚丙烯酰胺。

21、碳纳米管具有极高的比表面积，可提供丰富的吸附位点，能够吸附水中的微塑料颗粒；壳聚糖作为一种天然有机高分子絮凝剂，可以通过其正电荷与微塑料表面的负电荷进行中和，降低微塑料的表面电荷密度，从而促进微塑料的聚集和沉降，季铵化改性提高了壳聚糖的正电荷密度，增强了壳聚糖的电荷中和、粘结架桥和网捕卷扫作用，使其具有良好的絮凝性能，从而增强了对微塑料的去除效果；具有长分子链的季铵盐修饰壳聚糖和多壁碳纳米管复合后粒径变大，在水中能够快速沉降，且增加了碳纳米管的分散性，进一步增强了对微塑料的去除效果；在水中分散的纤维素分子可以通过其分子链之间的交联作用与微塑料颗粒之间形成桥联，使微塑料颗粒聚集沉降，通过在纤维素表面接枝长链基团增加其疏水性，提高了纤维素的表面活性；通过在聚丙烯酰胺中引入羧基甜菜碱结构，使聚丙烯酰胺分子链上同时含有阴、阳离子基团，在水中会受到正负电荷静电相互作用，导致分子链内和分子链间相互缔合构成交联网络，提升了对微塑料的去除效果。

技术特征：

1.一种含有微塑料污水水体处理剂，其特征在于，包括以下重量组分：15-20重量份的季铵盐修饰壳聚糖改性碳纳米管、12-18重量份的羧基甜菜碱纤维素改性聚丙烯酰胺、4-8重量份的聚合氯化铝；

2.根据权利要求1所述的含有微塑料污水水体处理剂，其特征在于，所述步骤（1）中引发剂为过硫酸钾。

3.根据权利要求1所述的含有微塑料污水水体处理剂，其特征在于，所述步骤（2）中酰氯化多壁碳纳米管的制备方法为：向反应器中加入15-18g的羧基化多壁碳纳米管、30-40g的氯化亚砜，搅拌混合，升温至68-72℃，回流反应12-16h，旋蒸去除未反应的氯化亚砜，用n,n-二甲基甲酰胺溶剂洗涤，离心分离，真空干燥，得到酰氯化多壁碳纳米管。

4.根据权利要求1所述的含有微塑料污水水体处理剂，其特征在于，所述s1中氢氧化钠溶液的质量分数为83%-87%。

5.根据权利要求1所述的含有微塑料污水水体处理剂，其特征在于，所述s2中含烯基纤维素、11-溴十一酸、碘化钾的质量比为1:1.1-1.3:0.06-0.09。

6.根据权利要求1所述的含有微塑料污水水体处理剂，其特征在于，所述s3中氯化钠溶液的质量分数为4%-4.8%，偶氮引发剂为偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的含有微塑料污水水体处理剂的制备方法，其特征在于，所述含有微塑料污水水体处理剂的制备方法为：将季铵盐修饰壳聚糖改性碳纳米管、羧基甜菜碱纤维素改性聚丙烯酰胺、聚合氯化铝加入到反应器中，在1200-1500rpm下搅拌12-20min，得到含有微塑料污水水体处理剂。

技术总结本发明涉及污水处理技术领域，且公开了一种含有微塑料污水水体处理剂及其制备方法。本发明通过将季铵盐修饰壳聚糖改性碳纳米管、羧基甜菜碱纤维素改性聚丙烯酰胺、聚合氯化铝加入到反应器中搅拌，得到含有微塑料污水水体处理剂。碳纳米管可提供丰富的吸附位点，吸附水中的微塑料颗粒；季铵化改性增强了壳聚糖的电荷中和、粘结架桥和网捕卷扫作用；季铵盐修饰壳聚糖和碳纳米管复合后增加了碳纳米管的分散性，增强了对微塑料的去除效果；在纤维素表面接枝长链基团增加其疏水性，提高了纤维素的表面活性；聚丙烯酰胺分子链上同时含有阴、阳离子基团，在水中会受到正负电荷相互作用，分子链内和分子链间构成交联网络，提升对微塑料的去除效果。技术研发人员：羊礼敏,何结红,吴茫,吴敏,李作龙,王清源,宋清慧,孙越,陈师晗,赵小瑞,刘赵文受保护的技术使用者：安徽农业大学技术研发日：技术公布日：2025/1/13