一种利用沼渣制备天然絮凝剂的方法

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一种利用沼渣制备天然絮凝剂的方法
申请号	CN202211633868.6	申请日	2022-12-19	公开(公告)号	CN115974246A	公开(公告)日	2023-04-18
申请人	无锡海拓环保装备科技有限公司; 江南大学;			发明人	邓芸; 赵洪启; 赵文霞; 陈安泰; 王硕;
摘要	本发明是利用沼渣制备天然絮凝剂的方法，将离子液体与绿色溶剂水构建为离子液体‑水超分子溶剂，可在提高动力学性能的同时提高热力学性能，可提高有效成分浸提率，实现同步提取沼渣中多极性的多组分群。离子液体和有效成分结合形成的超分子体构筑基元，在电场力的诱导下，离子液体与沼渣中有效组分形成的构筑基元发生宏观组装，最终得到絮凝性能良好的提取物。本发明的优点：无需高压、化学改性，简单绿色，降低了絮凝剂生产成本；化学试剂对环境影响较小；离子液体可高效溶解沼渣中的多种有效成分；在离子液体中施加电场，可使溶解的有效成分进一步发生组装，形成更大分子物质，且提高了产物的电荷数量，从而避免了采用化学改性。
权利要求	1.一种利用沼渣制备天然絮凝剂的方法，其特征在于，包括以下工艺步骤： 1)在浓度为0.3mol/L的稀硝酸溶液中按物质量比1:1加入氨基酸，搅拌48h后，得到离子液体硝酸氨基酸的水溶液； 2)旋蒸浓缩，使硝酸氨基酸水溶液浓缩为2.4mol/L； 3)将干燥的沼渣磨成粉后，加入步骤2)得到的浓缩的硝酸氨基酸水溶液； 4)将步骤3)所得混合物置于密闭容器内，加热至105℃，维持4h； 5)冷却后置于内设有两电极片的密封容器中，两电极片分别为金片和铂片，由波函数发生器产生交变电场，然后用直流电源放大器放大，场强范围为40‑50V，方波频率为500Hz，通电1h； 6)加入4倍于密封容器中混合物体积的无水乙醇，搅拌至沉淀充分； 7)将沉淀物洗净烘干即得到成品天然絮凝剂。 2.如权利要求1所述的一种利用沼渣制备天然絮凝剂的方法，其特征在于，所述的氨基酸为半胱胺酸。 3.一种絮凝剂，其特征在于,由权利要求1或2所述的一种利用沼渣制备天然絮凝剂的方法制得。 4.如权利要求3所述的一种絮凝剂的使用方法，其特征在于，将絮凝剂溶于pH为10的NaOH溶液中，废水为Nmg/L时，投加量为20Nmg/L时。
说明书全文	一种利用沼渣制备天然絮凝剂的方法技术领域 [0001] 本发明涉及的是一种利用沼渣制备天然絮凝剂的方法，属于水处理技术领域。背景技术 [0002] 有机高分子絮凝剂具有絮凝效率高、速度快、用量小、受水中盐类和pH影响小、生成污泥量少的优点。然而，现有技术合成有机高分子絮凝剂一般都需要使用大量的化学试剂，不但成本高，而且可能对环境造成较大的影响。随着国家政策对环境的日益重视，化工产品的生产受到越来越多的限制，因此，开发有效的天然高分子絮凝剂是大势所趋。 [0003] 通过厌氧消化处理有机固废可以实现碳减排约55亿吨CO2/年，但带来了大量的沼渣产生，沼渣粘稠、处理成本较高，对环境造成了一定的压力。沼渣中含有大量未消化的木质素，以及腐殖质、单宁、多糖、蛋白质等多种大分子有机物。这些天然高分子，通过化学改性增加其分子量、带电性能和活性基团后，可作为天然高分子絮凝剂。在现有技术中，没有利用沼渣中有机物、不进行化学改性制备絮凝剂的方法。 [0004] 提取技术直接关系到所获得有效成分的种类和数量，但部分分子量相对较大、内聚能较高的物质在水和醇中的溶解度十分有限，从而影响后续的絮凝效果。离子液体对木质素、单宁、多糖等成分都具有优异的溶解性能，但粘度较大，成本较高。 [0005] CN106241998A公开了一种用中药药渣制备天然复合絮凝剂的方法，需要对药渣进行高压曝气处理，能耗较高。发明内容 [0006] 本发明提出的是一种利用沼渣制备天然絮凝剂的方法，其目的旨在克服现有技术存在的上述不足，无需高压及化学改性，实现绿色、安全制备天然絮凝剂。 [0007] 本发明的技术解决方案：离子液体与绿色溶剂水构建为离子液体‑水超分子溶剂，可以在提高动力学性能(降低体系粘度)的同时，提高热力学性能(增强溶解和自组装性能)，可提高有效成分的浸提率，实现同步提取沼渣中多极性的多组分群。进一步地，离子液体和有效成分结合形成的超分子体构筑基元，在电场力的诱导下，离子液体与沼渣中有效组分形成的构筑基元发生宏观组装，最终得到絮凝性能良好的提取物。 [0008] 具体的，一种利用沼渣制备天然絮凝剂的方法，包括： [0009] 1)在浓度为0.3mol/L的稀硝酸溶液中按物质量比1:1加入半胱胺酸，搅拌48h后得到离子液体硝酸半胱氨酸的水溶液； [0010] 2)旋蒸浓缩，使硝酸半胱氨酸水溶液浓缩为2.4mol/L； [0011] 3)将干燥的沼渣磨成粉后，加入浓缩的硝酸半胱氨酸水溶液； [0012] 4)将混合物置于密闭容器内，加热至105℃，维持4h； [0013] 5)冷却后置于内设有两电极片的密封容器中，两电极片分别为金片和铂片，由函数发生器产生交变电场，然后用直流电源放大器放大，场强范围为40‑50V，方波频率为500Hz，通电1h； [0014] 6)加入4倍于密封容器中混合物体积的无水乙醇，搅拌至沉淀充分； [0015] 7)将沉淀物洗净烘干即得到成品天然絮凝剂。 [0016] 本发明的优点：1)主要原料为固废沼渣，无需高压、化学改性，制备方法简单绿色，降低了絮凝剂生产成本； [0017] 2)提取有效成分的化学试剂仅需要氨基酸和稀硝酸，对环境影响较小； [0018] 3)氨基酸和稀硝酸生成的离子液体，可高效溶解沼渣中的木质素、单宁、多糖等多种有效成分； [0019] 4)离子液体具有良好的导电性能，在其水溶液中施加电场，可使溶解的有效成分进一步发生组装，形成更大分子的物质，而且在产物中残留的离子液体由于带有电荷，提高了产物的电荷数量，从而避免了采用化学改性，进而无需使用多种对环境有危害的化学试剂。附图说明 [0020] 图1是本发明利用电场力诱导构筑基元发生宏观组装的一种实施例装置结构示意图。 [0021] 图2是本发明天然絮凝剂的红外光谱图。 [0022] 图3是本发明实施例及各对比例的添加量与去除率关系示意图。具体实施方式 [0023] 下面结合实施例和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 [0024] 实施例1 [0025] 一种利用沼渣制备天然絮凝剂的方法，包括以下工艺步骤： [0026] 1)在浓度为0.3mol/L的稀硝酸溶液中按物质量比1:1加入半胱胺酸，搅拌48h后，得到离子液体硝酸半胱氨酸的水溶液； [0027] 2)旋蒸浓缩，使硝酸半胱氨酸水溶液浓缩为2.4mol/L； [0028] 3)将干燥的沼渣磨成粉后，加入步骤2)得到的浓缩的硝酸半胱氨酸水溶液； [0029] 4)将步骤3)所得混合物置于密闭容器内，加热至105℃，维持4h； [0030] 5)冷却后置于内设有两电极片的密封容器中，两电极片分别为金片和铂片，由Wavetek180型函数发生器产生交变电场，然后用Hewlett‑Packard6824A直流电源放大器放大，场强范围为40‑50V，方波频率为500Hz，通电1h； [0031] 6)加入4倍于密封容器中混合物体积的无水乙醇，搅拌至沉淀充分； [0032] 7)将沉淀物洗净烘干即得到成品天然絮凝剂。 [0033] 如图3所示，制备的天然絮凝剂处理50mg/L的刚果红废水，将絮凝剂溶于pH为10的NaOH溶液中，絮凝剂投加量为1g/L时，去除率最高，为88％。 [0034] 对比例2 [0035] 一种利用沼渣制备天然絮凝剂的方法，与实施例1相同，区别在于步骤3)加入步骤2)得到的浓缩的硝酸半胱氨酸水溶液前，先使用2mol/L的NaOH溶液处理。 [0036] 如图3所示，制备的天然絮凝剂处理50mg/L的刚果红废水，将絮凝剂溶于pH为10的NaOH溶液中，絮凝剂投加量为1g/L时，去除率低于实施例1，仅为45％，要达到与实施例1近似的去除率，投加量须达到11g/L。 [0037] 对比例3 [0038] 一种利用沼渣制备天然絮凝剂的方法，与实施例1相同，区别在于硝酸半胱氨酸水溶液替换为用甘氨酸和盐酸制备的氯化甘氨酸水溶液。 [0039] 如图3所示，制备的天然絮凝剂处理50mg/L的刚果红废水，将絮凝剂溶于pH为10的NaOH溶液中，絮凝剂投加量为1g/L时，去除率低于实施例1，仅为35％，且增加投加量也无法达到与实施例1近似的去除率。 [0040] 对比例4 [0041] 一种利用沼渣制备天然絮凝剂的方法，与实施例1相同，区别在于不进行步骤5)。 [0042] 如图3所示，制备的天然絮凝剂处理50mg/L的刚果红废水，将絮凝剂溶于pH为10的NaOH溶液中，絮凝剂投加量为1g/L时，去除率低于实施例1，仅为25％，且增加投加量也无法达到与实施例1近似的去除率。 [0043] 以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。