專利名稱：聯合使用甲殼胺和海藻酸處理廢水的方法
技術領域：
本發明涉及環境治理領域，具體涉及一種聯合使用甲殼胺和海藻酸處理廢水的方法。
背景技術：
甲殼素(又稱甲殼質、幾丁質、殼蛋白、蟹殼素)，是纖維素之后的第二大天然高分子材料，其化學結構為(1，4)-2-乙酰胺基-2-脫氧-β-D-葡聚糖。甲殼胺(又稱殼聚糖)，是甲殼素經脫乙酰基后得到的一種高分子胺基多糖，其分子結構為(1，4)-2-胺-2-脫氧-β-D-葡聚糖。甲殼胺可以在稀酸中溶解后形成溶液。
甲殼胺溶液是一種良好的絮凝劑，已經被用來處理含蛋白質、染料、氨基酸等雜質的廢水。甲殼胺溶液也可以被用來捕集重金屬離子[工業水處理，1996，16(2)1-2]。由于甲殼胺分子中含有胺基，作為一個線性聚胺，當它在酸性介質中溶解以后，隨著胺基的質子化，即表現出陽離子聚合電解質的性質。它不僅能吸附溶于或懸浮于水中的帶負電荷微粒，還能與許多重金屬離子螯合。這類高分子材料已經在廢水處理上得到了廣泛的應用，它可以把Cu2+、Cd2+、Ag+、Zn2+、Pb2+、Fe3+、Mn2+等金屬離子從廢水中去除。由于其分子結構中富含活性很強的胺基和羥基，甲殼胺對染料也具有較強的吸附性能，可以用來處理含染料的印染廢水。
海藻酸是從天然海藻內提取的一種酸性多糖，它廣泛存在于棕藻之中。干燥的棕藻一般含有約20％的海藻酸，在收獲海藻之后，海藻酸的提取過程包括水洗、磨碎，然后用堿溶液溶解藻體內的海藻酸。經過進一步的分離與過濾，從海藻內提取出的海藻酸在經過干燥和磨碎后形成水溶性的海藻酸鈉粉末。海藻酸鈉能緩緩溶于水后形成粘稠液體。海藻酸鈉可以和二價金屬離子結合成不溶于水的鹽。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于通過聯合使用甲殼胺和海藻酸提高甲殼胺凈化廢水的能力。
本發明公開的聯合使用甲殼胺和海藻酸鈉處理廢水的方法是先將待處理的廢水分別與甲殼胺的稀酸溶液和海藻酸鈉的水溶液混合，然后再把二種混合溶液合并，充分攪拌，使甲殼胺和海藻酸鈉結合產生沉淀，過濾，即得。在甲殼胺和海藻酸鈉結合產生沉淀的同時，其所吸附的雜質也隨之包裹在沉淀中，可方便地從廢水中分離。
本發明所述稀酸溶液是指濃度為0.1-5.0％的醋酸溶液或其他有機和無機酸溶液，優選濃度為0.5％。甲殼胺稀酸溶液中甲殼胺的濃度為0.1-5.0％，優選濃度為1.0％；海藻酸鈉水溶液中海藻酸鈉的濃度為0.1-5.0％，優選濃度為1.0％；甲殼胺和海藻酸鈉的重量比為1-3∶1-3，優選重量比為1∶1。甲殼胺稀酸溶液和海藻酸鈉水溶液的加入量可根據廢水中所含的雜質量確定。
本發明所述的濃度除特殊說明外均指100ml中溶質的克數。
圖1顯示了本發明公開的聯合使用甲殼胺和海藻酸鈉處理廢水的方法的示意圖。
由于甲殼胺是一種陽離子型聚合電解質，是一種堿性多糖，在水溶液中電離為R-NH3+后其高分子結構在水溶液中帶正電。海藻酸鈉是一種酸性可溶性聚合電解質，在水溶液中電解生成R-COO-后其高分子結構在水溶液中帶負電。兩者混合后由于正負電相吸可以生成大分子化合物沉淀。
本發明公開的聯合使用甲殼胺和海藻酸鈉處理廢水的方法在單獨使用甲殼胺的基礎上結合了甲殼胺和海藻酸鈉這二種天然高分子材料的特性。甲殼胺的稀酸溶液可以很方便地被分散在廢水中后與各種雜質充分結合。同樣地，海藻酸鈉的水溶液也可以很方便地被分散在廢水中。當二種溶液混合后，帶正電的甲殼胺和帶負電的海藻酸鈉互相沉淀后使二者所吸附的雜質隨二種高分子的沉淀而從水中分離。
本發明公開的聯合使用甲殼胺和海藻酸鈉處理廢水的方法使用了二種可再生的天然高分子材料。它們無毒、無污染，來源方便，均以海洋生物為資源，在我國有豐富的自然來源。兩者選擇性好，對大量存在的輕金屬離子如K+、Na+、Mg2+等不吸附或弱吸附，因此在處理重金屬離子污染方面有廣闊的應用前景。
受重金屬離子污染的廢水是一個日益嚴重的環保問題。重金屬離子主要來自金屬礦山礦坑內排水、廢石場淋浸水、選礦廠尾礦排水、有色金屬冶煉廠除塵洗水、有色金屬加工廠酸洗水、電鍍廠鍍件洗滌水、鋼鐵工業酸洗水以及金屬電解、農藥、醫藥、油漆、顏料生產等企業。廢水中常見的重金屬離子有汞、鎘、鉻、鉛、砷、銅、鋅、硒、鎳、鈷、錳、鈦、釩、鉬、銻、鉍等。它們不能被生物降解為無害物，排入水體后，除部分為水生生物、魚類吸收外，大部分均沉積于水體底部。水體為重金屬污染后，危害的時間將很長。某些重金屬及其化合物由于毒性較大，對水體中魚類及水生生物和農作物造成嚴重的危害。通過飲水和食物鏈的作用，重金屬可在人體內富集而產生中毒以至死亡。
本發明公開的聯合使用甲殼胺和海藻酸鈉處理廢水的方法對含重金屬離子的廢水特別有效。當甲殼胺的稀酸溶液和海藻酸鈉的水溶液分別和廢水溶液混合后，甲殼胺可以通過螯合吸附重金屬離子，而海藻酸鈉也可以通過形成不溶于水的鹽結合重金屬離子。在把二種處理液混合后甲殼胺和海藻酸鈉互相沉淀后與溶液分離，其所吸附的重金屬離子可以方便地從廢水中分離。
同時本發明方法還適用于處理含染料的廢水。由于甲殼胺的高分子結構中有帶正電的胺基，而海藻酸鈉的高分子結構中有帶負電的羧酸基團，聯合使用甲殼胺和海藻酸鈉對許多種類的染料有很強的吸附性能。在把二種處理液混合后甲殼胺和海藻酸鈉互相沉淀后與溶液分離，其所吸附的染料可以方便地從廢水中分離。
下面通過實例對本發明作進一步的描述。
圖1使用甲殼胺和海藻酸鈉處理廢水的方法示意圖其中1為廢水，A+1為甲殼胺酸溶液加廢水，B+1為海藻酸鈉溶液加廢水，2為上清液，3為絮凝沉淀。
具體實施例方式實施例1、稱取10克甲殼胺溶于1升0.5％乙酸水溶液后得到10克/升的甲殼胺溶液，稱取10克海藻酸鈉溶于1升水得到10克/升的海藻酸鈉溶液。稱取19.5克CuSO4·5H2O晶體溶于5升水中，即得濃度為1000ppm的CuSO4模擬廢水溶液。在5個250毫升燒杯中各加入100毫升廢水溶液，分別加入0、10、25、50、100毫升的甲殼胺溶液。在另外5個250毫升燒杯中各加入100毫升廢水溶液，按海藻酸∶甲殼胺＝1∶1的比例，分別加入0，5+5，12.5+12.5，25+25，50+50毫升的甲殼胺溶液和海藻酸鈉溶液。室溫下振蕩攪拌均勻后，靜置24小時后過濾，用原子吸收分光光度儀測定濾液中的銅離子含量。
下列表中顯示了在單獨使用甲殼胺和聯合使用甲殼胺和海藻酸鈉處理含銅離子廢水時觀察到的實驗現象。
下列表中顯示了在單獨使用甲殼胺和聯合使用甲殼胺和海藻酸鈉處理含銅離子廢水時測得的銅離子濃度和去除率。
實施例2、稱取10克甲殼胺溶于1升0.5％乙酸水溶液得到10克/升的甲殼胺溶液，稱取10克海藻酸鈉溶于1升水得到10克/升的海藻酸鈉溶液。稱取1.5682克AgNO3溶于1升水中得到1000ppm的AgNO3溶液。在2個250毫升的燒杯中各加入100毫升的AgNO3溶液，在一個燒杯中加入25毫升的甲殼胺溶液，在另一個燒杯中加入12.5毫升的甲殼胺溶液和12.5毫升的海藻酸鈉溶液。室溫下振蕩攪拌均勻后，靜置24小時后過濾，用原子吸收分光光度儀測定濾液中的銀離子含量。
下列表中顯示了在單獨使用甲殼胺和聯合使用甲殼胺和海藻酸鈉處理含銀離子廢水時測得的銀離子濃度和去除率。
實施例3、稱取10克甲殼胺溶于1升0.5％乙酸水溶液得到10克/升的甲殼胺溶液，稱取10克海藻酸鈉溶于1升水得到10克/升的海藻酸鈉溶液。用酸性鉻蘭K染料配制1克/升的原始溶液，再由該溶液稀釋后配制濃度為20毫克/升的單一染料模擬廢水。在室溫條件下，各取100毫升含染料廢水置于3個250毫升燒杯中，分別加入0、1、2毫升的甲殼胺溶液。在另外3個250毫升燒杯中各取100毫升含染料廢水，分別加入0、1、2毫升的海藻酸鈉溶液。攪拌均勻后將兩溶液相互混合，在磁力攪拌器上以100r/min的攪拌速度進行攪拌，觀察其脫色情況，1小時后過濾，在分光光度計上測定濾液的吸光度和透光率。
下列表中顯示了在聯合使用甲殼胺和海藻酸鈉處理含酸性鉻蘭K染料廢水時測得的吸光度、透光率和脫色率。
注在把甲殼胺溶液和海藻酸鈉溶液加入廢水中后沒有沉淀產生，單獨使用甲殼胺溶液和海藻酸鈉溶液無脫色效果。
權利要求
1.一種聯合使用甲殼胺和海藻酸鈉處理廢水的方法，其特征在于該方法是先將待處理的廢水分別與甲殼胺的稀酸溶液和海藻酸鈉的水溶液混合，然后再把二種混合溶液合并，充分攪拌，使甲殼胺和海藻酸鈉結合產生沉淀，過濾，即得。
2.根據權利要求1所述的聯合使用甲殼胺和海藻酸鈉處理廢水的方法，其特征在于其中所述的稀酸溶液是指濃度為0.1-5.0％的醋酸溶液。
3.根據權利要求1所述的聯合使用甲殼胺和海藻酸鈉處理廢水的方法，其特征在于其中所述的稀酸溶液是指濃度為0.5％的醋酸溶液。
4.根據權利要求1所述的聯合使用甲殼胺和海藻酸鈉處理廢水的方法，其特征在于其中所述的甲殼胺稀酸溶液中甲殼胺的濃度為0.1-5.0％。
5.根據權利要求1所述的聯合使用甲殼胺和海藻酸鈉處理廢水的方法，其特征在于其中所述的海藻酸鈉水溶液中海藻酸鈉的濃度為0.1-5.0％。
6.根據權利要求1所述的聯合使用甲殼胺和海藻酸鈉處理廢水的方法，其特征在于其中所述的甲殼胺和海藻酸鈉的重量比為1-3∶1-3。
7.根據權利要求1所述的聯合使用甲殼胺和海藻酸鈉處理廢水的方法，其特征在于其中所述的甲殼胺和海藻酸鈉的重量比為1∶1。
8.根據權利要求1所述的聯合使用甲殼胺和海藻酸鈉處理廢水的方法，其特征在于其中所述廢水是含重金屬離子廢水和含染料廢水。
全文摘要
本發明涉及一種聯合使用甲殼胺和海藻酸鈉處理廢水的方法。該方法將在溶液中帶正電的甲殼胺和在溶液中帶負電的海藻酸鈉分別與廢水混合，然后再把二種混合溶液合并，充分攪拌，使甲殼胺和海藻酸鈉結合產生沉淀，過濾，同時將其所吸附的雜質包裹在沉淀中，方便地從廢水中分離。本發明公開的聯合使用甲殼胺和海藻酸鈉處理廢水的方法使用了二種可再生的天然高分子材料，它們無毒、無污染，來源方便，均以海洋生物為資源，在我國有豐富的自然來源。特別適用處理含重金屬離子和含染料的廢水。
文檔編號C02F1/52GK1727288SQ200410053318
公開日2006年2月1日 申請日期2004年7月30日 優先權日2004年7月30日
發明者秦益民 申請人:秦益民