一种利用稻草制备季铵盐阳离子絮凝剂处理印染废水的技术

摘要

一种利用稻草制备季铵盐阳离子絮凝剂及处理印染废水的技术，属于生物质资源的综合利用及染整废水处理技术领域。本发明将全稻草秸秆进行粉碎后直接与2，3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTMAc)反应。制备了一种水溶性良好的阳离子型高分子絮凝剂。将合成的絮凝剂用于模拟印染废水活性橙K-GN和活性蓝的絮凝处理，当染液浓度为100mg/L时，在任何pH值条件下均具有高的脱色效果和COD去除率。该絮凝剂具有原料来源广泛，制备成本低廉，生态，环保；在印染废水处理中投药量少、工艺简单、效率高和pH使用范围广等优点。

说明书

技术领域

本发明属于基干废弃物资源利用领域，特别涉及一种利用阳离子季铵盐制备全稻草秸秆絮凝剂处理印染废水的技术。 

背景技术

我国秸秆总产量居世界首位，现实总产量达到8亿t多，其中水稻秸秆约占25％。作为农作物进行光合作用所形成的副产品，秸秆含有多种可被利用的有用成分，在石油资源日益枯竭和生态环境不断恶化的形势下，生物质能源成为当前越来越重要的发展领域，使得秸秆资源利用受到了世界各国前所未有的重视。 

用废弃的农副产品例如水稻秸秆，小麦秸秆，芝麻秸秆，甘蔗渣等预处理得到纤维素，再对其进行醚化，酯化，酰化或阳离子化等改性用于工业生产，化学材料或废水处理已有报道。经过预处理虽然可以提高水稻秸秆的反应活性，但不仅使得水稻秸秆中的木质素，半纤维素等流失严重，而且其产生的黑液给环境净化带来了一定程度的负担。 

我国是纺织行业大国，印染产品总量居世界第一。印染废水对水体的污染非常严重，对其的处理变得越来越重要。利用絮凝剂处理印染废水较其他方法有廉价，使用方便，低耗能和不损伤染料的优点，因此采用絮凝脱色技术处理工业废水是目前国内外研究的热点之一，其中季铵盐阳离子絮凝剂得到了人们的极大关注。纤维素季铵盐化后的产物具有良好的絮凝性能，可以有效地应用于印染废水的处理。 

本发明对主要成分为纤维素、木素和半纤维素的年生水稻秸秆进行了季铵化改性研究，获得了水溶性良好的阳离子改性稻草，将其应用于活性染料印染废水的处理，显示了高的脱色率和COD去除率。改性稻草絮凝剂剂与其它絮凝剂相比不仅节约成本和资源，而且为废弃稻草秸秆的高值化利用提供了一条途径。 

发明内容

本发明的目的是提供一种稻草秸秆全利用改性合成有机高分子阳离子絮凝剂的方法及其应用于处理印染废水的工艺，该方法能够使得稻草秸秆这一“放错了地方的”资源得到利用，且具有生产成本低，投药量少、工 艺简单、效率高等优点。在任何pH值范围脱色率达93％以上，COD去除率超过86％。 

本发明提供的一种利用全稻草秸秆制备季铵盐阳离子絮凝剂以及应用其处理印染废水的方法包括以下步骤： 

1.全稻草秸秆絮凝剂的合成方法 

通过研究稻草季铵化反应时间、催化剂用量以及改性试剂与稻草的质量比对改性产物季铵化度的影响，获得优化的改性反应条件如下： 

催化剂：NaOH，质量浓度为1％；稻草粉与醚化剂(缩水甘油酯，缩写为GTMAc)的质量比：1∶9；反应温度：85℃；反应时间：6h。 

稻草絮凝剂的季铵化度用硝酸银溶液电位滴定确定，在计算中将稻草看成全纤维素。 

取0.2g产物用100mL去离子水溶解，搅拌均匀，用0.01mol/L的AgNO₃溶液通过电位滴定法测Cl^-浓度，其季铵化度(D)按等式(1)计算。 

$D/\%=\frac{V\times {10}^{-3}\times C\times 163\times M_2}{m\times M_1}\times 100---\left(1\right)$

C：AgNO₃溶液的浓度，mol/L 

V：AgNO₃溶液的体积，mL 

163：葡萄糖单元的摩尔质量，mol/g 

M₁，M₂：为反应前后的稻草的质量，g 

m：被测样品的质量，g 

具体实施方案：

实施例1 

在50mL质量浓度为1％NaOH的溶液中，加入稻草粉5.00g，醚化剂45.0g，在85℃条件下反应6h，冷却至室温，向混合液中逐滴加入HCl溶液至中性，加入200mL无水乙醇，产物(季铵化稻草)析出，抽滤，固体用少量无水乙醇清洗四次。最终产物用真空干燥箱烘干后密封保存于干燥器中。产物的季铵化度为97.1％。 

实施例2 

在25mL质量浓度为1％NaOH的溶液中，加入稻草粉2.50g，醚化剂22.5g，在85℃条件下反应6h，冷却至室温，向混合液中逐滴加入HCl溶液至中性，加入100mL无水乙醇，产物(季铵化稻草)析出，抽滤，固体用少量无水乙醇清洗四次。最终产物用真空干燥箱烘干后密封保存于干燥器中。产物的季铵化度为97.0％。 

合成得到的稻草季铵盐在任何pH值的水溶液中均具有优良的溶解性。FT-IR(KBr，cm^-1)：3400，2908，1636，1481，1110，1040，607. 

2全稻草季铵盐絮凝剂处理活性染料印染废水： 

(1)模拟印染废液的制备：取100mg/L的活性橙K-GN或活性蓝KN-R溶液，用稀HCl溶液或NaOH溶液调节染液pH至相应值。 

(2)絮凝脱色处理：在废液中加入一定量的稻草季铵盐絮凝剂，用S212恒速搅拌器搅拌混合物。先以150rpm的速度快搅5min，再以50rpm的速度慢搅10min，静置3h后，用注射器取上层澄清液，使用紫外可见分光光度计测定上层清液在活性橙K-GN的最大吸收波长462nm处的吸光度，按公式(2)计算脱色率。 

A₀，A分别表示脱色前后染液的吸光度， 

V₀，V分别表示脱色前后溶液的体积。 

采用国标法(GB/T 11914-1989)测定染液脱色后水的COD去除率。 

当30mL浓度为100mg/L的活性橙K-GN溶液中，加入4mg稻草季铵盐絮凝剂，在搅拌结束后溶液颜色明显改变，且在20分钟内完全絮凝沉淀。脱色率大于98％，COD去除率几乎达到100％。同样浓度的活性蓝KN-R在相同条件下也能快速絮凝，脱色率大于94％，COD去除率大于86％。 

具体实施方案

实施例1 

取30mL配制的染液于锥形瓶中，pH＝7。投入合成的絮凝剂4mg，150rpm的速度搅拌5min，继续以50rpm的速度搅拌10min，静置3h后，取上层澄清液，测其脱色率和COD去除率。活性橙分别为98.01％和99.4％；活性蓝分别为94.1％和86.3％。 

实施例2 

取30mL配制的染液于锥形瓶中，pH＝7。投入合成的絮凝剂3.2mg，150rpm的速度搅拌5min，继续以50rpm的速度搅拌10min，静置3h后，取上层澄清液，测得活性橙废水脱色率和COD去除率分别为92.23％和98.6％。 

实施例3 

取30mL配制的染液于锥形瓶中，pH＝1.7。投入合成的絮凝剂4mg， 150rpm的速度搅拌5min，继续以50rpm的速度搅拌10min，静置3h后，取上层澄清液，测得活性橙脱色率和COD去除率分别为98.81％和99.9％。 

实施例4 

取30mL配制的染液于锥形瓶中，pH＝10.1。投入合成的絮凝剂4mg，150rpm的速度搅拌5min，继续以50rpm的速度搅拌10min，静置3h后，取上层澄清液，测得活性橙脱色率和COD去除率分别为98.21％和99.7％。 

取30mL配制的染液于锥形瓶中，pH＝7。投入合成的絮凝剂4mg，150rpm的速度搅拌5min，继续以50rpm的速度搅拌10min，静置3h后，取上层澄清液，测得活性橙脱色率和COD去除率分别为92.23％和95.2％。