利用廢革屑制備的污水處理材料及其制備方法和用途
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了利用廢革屑制備污水處理材料的方法，其包括如下步驟：步驟(1)，將30～40重量份水、50重量份廢革屑、10～20重量份丙烯酸類單體、2～5重量份濃硫酸和0.2～0.5重量份乳化劑加入反應(yīng)釜中，在40～50℃且攪拌的條件下反應(yīng)1～2h后，邊攪拌邊加入0.5～1重量份分子調(diào)控劑；步驟(2)，升溫到70～75℃，反應(yīng)2～3h；步驟(3)，在2～3h內(nèi)緩慢滴加0.02～0.05重量份引發(fā)劑，再升溫到85～90℃，反應(yīng)0.5～1h；再降溫到40℃，再用5mol/L的氫氧化鈉溶液進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)，以致pH值為6.5～7.5，將過(guò)濾后產(chǎn)物干燥即獲得污水處理材料。本發(fā)明還公開(kāi)了污水處理材料及其用途。
【專利說(shuō)明】利用廢革屑制備的污水處理材料及其制備方法和用途

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于皮革化學(xué)品及功能材料領(lǐng)域，尤其涉及利用廢革屑制備的污水處理材料及其制備方法和用途。

【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)入21世紀(jì)，隨著人民生活水平的提高，皮革制品已成為人民群眾日常生活的一部分，我國(guó)制革行業(yè)僅2012年就完成10556億元的工業(yè)總產(chǎn)值，出口額達(dá)到760.9億美元，利潤(rùn)總額為680.52億元，我國(guó)已成為世界公認(rèn)的皮革生產(chǎn)、貿(mào)易大國(guó)。
[0003]然而，因?yàn)橹聘镞^(guò)程中含有重金屬的污水的排放對(duì)環(huán)境、人體健康帶來(lái)了重大危害(其中:六價(jià)鉻被世界衛(wèi)生組織認(rèn)定為強(qiáng)致癌物質(zhì))，所以，含有重金屬的污水的有效處理成為現(xiàn)階段制革行業(yè)的清潔化可持續(xù)發(fā)展首要解決的技術(shù)問(wèn)題。
[0004]目前，還有重金屬的污水的處理方式主要有如下幾種:(1)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)除去廢水中重金屬離子。(2)借助微生物或植物的絮凝、吸收、積累、富集等作用去除廢水中重金屬。(3)不改變廢水中的重金屬的化學(xué)形態(tài)的條件下，對(duì)重金屬進(jìn)行吸附、濃縮、分離。其中，吸附方法是最常見(jiàn)的金屬去除方法，其具有原料來(lái)源廣，可塑性強(qiáng)的特點(diǎn)。尋找一種合適的吸附材料，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)和效率的協(xié)調(diào)，這也成為目前研究的重點(diǎn)。
[0005]制革過(guò)程中產(chǎn)生的廢革屑包含皮膠原纖維，皮膠原纖維呈纖維狀，皮膠原纖維獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)使其本身具有一定的強(qiáng)度和不溶于水卻親水的獨(dú)特特性，同時(shí)其還具有來(lái)源廣泛、價(jià)廉易得、可再生、可降解以及對(duì)環(huán)境友好的特性。由于廢革屑的皮膠原纖維具有上述特性，適合作為吸附材料，所以，利用廢革屑制備得到一種吸附重金屬的污水處理材料，既能解決工業(yè)污水的重金屬有效處理的技術(shù)問(wèn)題，也能解決廢革屑掩埋或焚燒對(duì)環(huán)境造成的污染的技術(shù)問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于提供一種利用廢革屑制備的污水處理材料及其制備方法和用途，得到一種利用廢革屑制備的吸附重金屬的污水處理材料，既解決工業(yè)污水的重金屬有效處理的技術(shù)問(wèn)題，也解決廢革屑掩埋或焚燒對(duì)環(huán)境造成的污染的技術(shù)問(wèn)題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種利用廢革屑制備污水處理材料的方法，該利用廢革屑制備污水處理材料的方法包括如下步驟:
[0008]步驟(I)，將30?40重量份的水、50重量份的廢革屑、10?20重量份的丙烯酸類單體、2?5重量份的濃硫酸和0.2?0.5重量份的乳化劑加入到反應(yīng)釜中，在40?50°C且攪拌的條件下反應(yīng)I?2h后，邊攪拌邊加入0.5?I重量份的分子調(diào)控劑；
[0009]步驟(2)，在加入0.5?I重量份的分子調(diào)控劑后，再升溫到70?75°C，反應(yīng)2?3h ；
[0010]步驟(3)，然后緩慢滴加0.02?0.05重量份的自由基聚合的引發(fā)劑，在2?3h時(shí)間內(nèi)滴加完成，，再升溫到85?90°C，反應(yīng)0.5?Ih ;再將溫度降低至40°C，再用5mol/L的氫氧化鈉溶液進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)，以致pH值為6.5?7.5,將過(guò)濾后產(chǎn)物干燥即可獲得污水處理材料。
[0011]優(yōu)選地，所述廢革屑包括以下材料中的一種或其組合:鞣制后含金屬鞣劑的廢革屑、復(fù)鞣后的廢革屑、干燥后的廢革屑。
[0012]優(yōu)選地，所述丙烯酸類單體包括以下組分中的一種或其組合:丙烯酸單體、甲基丙烯酸單體、丙烯酸甲酯單體、馬來(lái)酸酐單體。
[0013]優(yōu)選地，所述乳化劑包括以下組分中的一種或其組合:平平加、十二烷基苯磺酸鈉。
[0014]優(yōu)選地，所述分子調(diào)控劑包括以下組分中的一種或其組合:丙三醇、異丙醇、對(duì)苯乙醇。
[0015]優(yōu)選地，所述自由基聚合的引發(fā)劑包括以下組分中的一種或其組合:過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸鈉、過(guò)硫酸銨。
[0016]此外，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種污水處理材料，所述污水處理材料通過(guò)上述的利用廢革屑制備污水處理材料的方法制備得到。
[0017]此外，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種污水處理材料的用途，所述污水處理材料具有吸附性，可單獨(dú)用于污水處理，至少包括工業(yè)污水的重金屬吸附處理的用途。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
[0019]首先，步驟(I)中通過(guò)濃硫酸和乳化劑對(duì)廢革屑進(jìn)行初步處理后再通過(guò)步驟(2)中加入分子調(diào)控劑，使得廢革屑水解成纖維態(tài)。由于廢革屑包括皮膠原和金屬配合物，在纖維態(tài)的條件下，皮膠原中的側(cè)鏈活性氨基及結(jié)合在纖維間的金屬配合物，與丙烯酸類單體進(jìn)行配位反應(yīng)。一方面纖維態(tài)下的皮膠原的氨基與丙烯酸類單體的羧基發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使得污水處理材料熱穩(wěn)定性提高；另一方面能有效引入更多的能與金屬離子形成配合物的羧基，增加吸附金屬離子的反應(yīng)位點(diǎn)，因此，由于加入分子調(diào)控劑，使得廢革屑水解成纖維態(tài)，以致提高了熱穩(wěn)定性和增加了吸附金屬離子的反應(yīng)位點(diǎn)，所以，有效的提高了通過(guò)本發(fā)明方法制備得到的污水處理材料的熱穩(wěn)定性和重金屬吸附能力。
[0020]值得說(shuō)明的是:金屬配合物為皮革在鞣制過(guò)程中的三氧化二鉻鞣劑與皮膠原絡(luò)合形成的金屬配合物。
[0021]其次，步驟(3)中加入自由基聚合的引發(fā)劑，使得為參與反應(yīng)的小分子丙烯酸單體發(fā)生自由基聚合，生成多羧基位點(diǎn)的丙烯酸聚合物，能有效吸附污水中的金屬離子，從而進(jìn)一步地提高了通過(guò)本發(fā)明方法制備得到的污水處理材料的重金屬的吸附能力。
[0022]再次，本發(fā)明通過(guò)使用氫氧化鈉溶液進(jìn)行pH值的調(diào)節(jié)，使得自由基聚合反應(yīng)終止，以致得到近中性條件下的羧酸根負(fù)離子，一方面使得通過(guò)本發(fā)明方法制備得到的污水處理材料更易保存，另一方面，近中性條件下的羧酸根負(fù)離子能夠更加有效的吸附污水中的金屬正離子，以致進(jìn)一步增強(qiáng)了通過(guò)本發(fā)明方法制備得到的污水處理材料的重金屬吸附能力。
[0023]最后，本發(fā)明采用皮革制造過(guò)程中產(chǎn)生的廢革屑作為原料，既能夠有效對(duì)其進(jìn)行回收利用，起到有效節(jié)約資源和減少環(huán)境污染的作用；又能夠制備具備高吸附能力的污水處理材料，對(duì)污水中的重金屬離子進(jìn)行有效的吸附處理，其中，對(duì)污水中的Fe2+、Cr3+、Se3+、Pb2+離子的最高吸附量分別可達(dá)到365mg/g,270mg/g,90mg/g,98mg/g。

【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用來(lái)限定本發(fā)明。
[0025]實(shí)施例1
[0026]步驟(I)，將30重量份的水、50重量份的廢革屑、20重量份的丙烯酸單體、3重量份的濃硫酸和0.2重量份的平平加加入到反應(yīng)釜中，在40°C且攪拌的條件下反應(yīng)Ih后，邊攪拌邊加入0.5重量份的異丙醇；
[0027]步驟(2)，在加入0.5重量份的異丙醇后，再升溫到75°C，反應(yīng)3h ；
[0028]步驟(3)，然后緩慢滴加0.04重量份的過(guò)硫酸鈉，在2?3h時(shí)間內(nèi)滴加完成，，再升溫到85°C，反應(yīng)Ih ;再將溫度降低至40°C，再用5mol/L的氫氧化鈉溶液進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)，以致PH值為6.5，將過(guò)濾后產(chǎn)物干燥即可獲得污水處理材料。
[0029]測(cè)定污水處理材料對(duì)Fe2+、Cr3+、Se3+、Pb2+的吸附能力:
[0030]分別配制含有Fe2+、Cr3+、Se3+、Pb2+重金屬離子的模擬污水1L、，其濃度分別為600mg/L,400mg/L、300mg/L、300mg/L。
[0031]各取Ig實(shí)施例1所制備的污水處理材料在常溫下吸附處理24h，計(jì)算前后溶液中金屬離子濃度變化，從而污水處理材料的吸附量。
[0032]結(jié)果如下:污水處理材料對(duì)Fe2+的吸附量為351mg/g，對(duì)Cr3+的吸附量為262mg/g，對(duì)Se3+的吸附量為87mg/g，對(duì)Pb2+的吸附量為96mg/g，說(shuō)明本發(fā)明所制備的膠原吸附材料對(duì)Fe2+、Cr3+、Se3+、Pb2+具有較強(qiáng)的吸附能力。
[0033]實(shí)施例2
[0034]步驟(I)，將35重量份的水、50重量份的廢革屑、15重量份的甲基丙烯酸單體、5重量份的濃硫酸和0.4重量份的十二烷基苯磺酸鈉加入到反應(yīng)釜中，在40°C且攪拌的條件下反應(yīng)2h后，邊攪拌邊加入0.5重量份的丙三醇；
[0035]步驟(2)，在加入0.5重量份的丙三醇后，再升溫到75°C，反應(yīng)3h ；
[0036]步驟(3)，然后緩慢滴加0.03重量份的過(guò)硫酸銨，在2?3h時(shí)間內(nèi)滴加完成，，再升溫到85°C，反應(yīng)0.5h ;再將溫度降低至40°C，再用5mol/L的氫氧化鈉溶液進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)，以致pH值為7.5，將過(guò)濾后產(chǎn)物干燥即可獲得污水處理材料。
[0037]測(cè)定污水處理材料對(duì)Fe2+、Cr3+、Se3+、Pb2+的吸附能力:
[0038]分別配制含有Fe2+、Cr3+、Se3+、Pb2+重金屬離子的模擬污水各5L，其濃度分別為800mg/L,600mg/L、400mg/L、400mg/L。
[0039]各取Ig實(shí)施例2所制備的污水處理材料在常溫下吸附處理24h，計(jì)算前后溶液中金屬離子濃度變化，從而污水處理材料的吸附量。
[0040]結(jié)果如下:污水處理材料對(duì)Fe2+的吸附量為365mg/g，對(duì)Cr3+的吸附量為263mg/g，對(duì)Se3+的吸附量為89mg/g，對(duì)Pb2+的吸附量為96mg/g，說(shuō)明本發(fā)明所制備的膠原吸附材料對(duì)Fe2+、Cr3+、Se3+、Pb2+具有較強(qiáng)的吸附能力。
[0041]實(shí)施例3
[0042]步驟(I)，將40重量份的水、50重量份的廢革屑、10重量份的丙烯酸甲酯單體、2重量份的濃硫酸和0.3重量份的平平加加入到反應(yīng)釜中，在50°C且攪拌的條件下反應(yīng)2h后，邊攪拌邊加入0.8重量份的丙三醇；
[0043]步驟(2)，在加入0.8重量份的丙三醇后，再升溫到70°C，反應(yīng)3h ；
[0044]步驟(3)，然后緩慢滴加0.05重量份的過(guò)硫酸鉀，在2?3h時(shí)間內(nèi)滴加完成，，再升溫到90°C，反應(yīng)0.5h ;再將溫度降低至40°C，再用5mol/L的氫氧化鈉溶液進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)，以致pH值為7.0，將過(guò)濾后產(chǎn)物干燥即可獲得污水處理材料。
[0045]測(cè)定污水處理材料對(duì)Fe2+、Cr3+、Se3+、Pb2+的吸附能力:
[0046]分別配制含有Fe2+、Cr3+、Se3+、Pb2+重金屬離子的模擬污水各10L，其濃度分別為1000mg/L,800mg/L、600mg/L、600mg/L。
[0047]各取Ig實(shí)施例3所制備的污水處理材料在常溫下吸附處理24h，計(jì)算前后溶液中金屬離子濃度變化，從而污水處理材料的吸附量。
[0048]結(jié)果如下:污水處理材料對(duì)Fe2+的吸附量為364mg/g，對(duì)Cr3+的吸附量為270mg/g，對(duì)Se3+的吸附量為86mg/g，對(duì)Pb2+的吸附量為95mg/g，說(shuō)明本發(fā)明所制備的膠原吸附材料對(duì)Fe2+、Cr3+、Se3+、Pb2+具有較強(qiáng)的吸附能力。
[0049]需要說(shuō)明的是:本發(fā)明利用廢革屑制備吸附重金屬的污水處理材料的各組分可以為多種物質(zhì)組合形成，組合形成的相對(duì)應(yīng)組分也能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，譬如:本發(fā)明丙烯酸類單體包括丙烯酸單體和甲基丙烯酸單體的混合組合、丙烯酸單體和丙烯酸甲酯單體的混合組合、丙烯酸單體和馬來(lái)酸酐單體的混合組合、丙烯酸單體、甲基丙烯酸單體和丙烯酸甲酯單體的混合組合、甲基丙烯酸單體、丙烯酸甲酯單體和馬來(lái)酸酐單體的混合組合、以及丙烯酸單體、甲基丙烯酸單體、丙烯酸甲酯單體和馬來(lái)酸酐單體的混合組合，上述的混合組合均能夠作為丙烯酸類單體組分。同時(shí)，需要說(shuō)明的是，混合組合中的物質(zhì)的重量份比任意，只要混合組合中的物質(zhì)的重量份的總和與丙烯酸類單體組分的重量份相等即可。本發(fā)明中其他組分的組合形式，與丙烯酸類單體的組合形式相似，在此不再贅述。
[0050]以上對(duì)發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但其只作為范例，本發(fā)明并不限制與以上描述的【具體實(shí)施方式】。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，任何對(duì)該發(fā)明進(jìn)行的等同修改或替代也都在本發(fā)明的范疇之中，因此，在不脫離本發(fā)明的精神和原則范圍下所作的均等變換和修改、改進(jìn)等，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種利用廢革屑制備污水處理材料的方法，其特征在于，所述污水處理材料的制備方法包括如下步驟: 步驟(I)，將30?40重量份的水、50重量份的廢革屑、10?20重量份的丙烯酸類單體、2?5重量份的濃硫酸和0.2?0.5重量份的乳化劑加入到反應(yīng)釜中，在40?50°C且攪拌的條件下反應(yīng)I?2h后，邊攪拌邊加入0.5?I重量份的分子調(diào)控劑； 步驟(2)，在加入0.5?I重量份的分子調(diào)控劑后，再升溫到70?75°C，反應(yīng)2?3h ; 步驟(3)，然后緩慢滴加0.02?0.05重量份的自由基聚合的引發(fā)劑，在2?3h時(shí)間內(nèi)滴加完成，，再升溫到85?90°C，反應(yīng)0.5?Ih ;再將溫度降低至40°C，再用5mol/L的氫氧化鈉溶液進(jìn)行PH值調(diào)節(jié)，以致pH值為6.5?7.5，將過(guò)濾后產(chǎn)物干燥即可獲得污水處理材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用廢革屑制備污水處理材料的方法，其特征在于，所述廢革屑包括以下材料中的一種或其組合:鞣制后含金屬鞣劑的廢革屑、復(fù)鞣后的廢革屑、干燥后的廢革屑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用廢革屑制備污水處理材料的方法，其特征在于，所述丙烯酸類單體包括以下組分中的一種或其組合:丙烯酸單體、甲基丙烯酸單體、丙烯酸甲酯單體、馬來(lái)酸酐單體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用廢革屑制備污水處理材料的方法，其特征在于，所述乳化劑包括以下組分中的一種或其組合:平平加、十二烷基苯磺酸鈉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用廢革屑制備污水處理材料的方法，其特征在于，所述分子調(diào)控劑包括以下組分中的一種或其組合:丙三醇、異丙醇、對(duì)苯乙醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用廢革屑制備污水處理材料的方法，其特征在于，所述自由基聚合的引發(fā)劑包括以下組分中的一種或其組合:過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸鈉、過(guò)硫酸銨。
7.一種污水處理材料，其特征在于，所述污水處理材料通過(guò)權(quán)利要求1?6之一所述的利用廢革屑制備污水處理材料的方法制備得到。
8.—種權(quán)利要求7所述的污水處理材料的用途，其特征在于，所述污水處理材料具有吸附性，可單獨(dú)用于污水處理，至少包括工業(yè)污水的重金屬吸附處理的用途。
【文檔編號(hào)】B01J20/26GK104356317SQ201410553501
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】琚海燕, 李偉, 彭俊軍, 呂少仿 申請(qǐng)人:武漢紡織大學(xué)