基本信息
- 项目名称：
- 改性天然高分子工业废水处理剂的制备和应用
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本项目以天然淀粉为主要原料，以电镀工业废水为主要治理对象，通过有效的分子设计在淀粉分子上引入多种官能团和一些重金属离子强配位基，使合成产品具有优良的金属捕集能力；研制出的工业废水处理剂绿色环保、价格低廉、使用方便、可循环使用和生物降解，应用于实际废水处理中效果显著。该项目的研究成功对解决电镀废水污染问题、促进电镀工业发展、保护人类环境等方面都具有重要的社会意义。
- 详细介绍：
- 本项目以天然淀粉为主要原料，以广东电镀工业园排出的电镀工业废水为主要治理对象，通过有效的分子设计在淀粉分子上引入多种官能团和一些重金属离子强配位基，使合成产品同时具有优良的金属捕集能力和絮凝能力双重功能；该产品溶于电镀废水中，分子中的官能团与金属离子迅速发生螯合作用，生成不溶性产物，同时其自身的网状结构又可使沉淀快速絮凝下沉，并且天然淀粉的可生物降解，也为沉淀物的后处理带来了极大的方便。该项目的研制成功，对解决电镀废水污染问题，对促进电镀工业发展，对保护人类环境等方面都具有重要的社会意义，并且产品具有广阔的市场前景和可观的经济效益。本项目同时获得了广东省大学生创新实验项目资助。目前已完成相关研究任务，研制出绿色环保、价格低廉、使用方便、可循环使用和生物降解的天然高分子工业废水处理剂样品。将其应用于广州双岗电镀厂、广州白云区神山西发五金厂等多家工厂的实际废水处理中，重金属离子的去除效果显著，达到国家相关行业排放标准，获得企业好评。本项目研制的产品受到多家工厂的青睐，广州市绿洲环保工程有限公司已和我们签定了合作生产协议，计划年底投产。在此期间，我们在《Carbohydrate Polymers》（影响因子3.469）和《化工学报》等刊物上发表了相关研究论文8篇（被SCI、EI收录2篇）。其中，以第一作者发表了论文2篇，分别于核心期刊《化工进展》和《第六届全国化学工程和生物化工年会》上发表。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1. 作品设计的目的：电镀废水严重污染着我们的生存环境和制约着电镀等工业的发展，解决重金属废水污染问题，己成为环境保护的当务之急。而现有的工业废水处理剂要么效率低下要么价格昂贵，难以为国内市场所接受，制备绿色廉价的废水处理剂已经成为研究的热点。 2. 作品的基本思路：本项目在对淀粉改性和天然高分子螯合剂进行深入系统的研究时，发现淀粉分子含有大量羰基活性基团，通过接枝可在单体中引入螯合功能性基团，再以胺化剂进行改性可合成具有吸附重金属离子的氨基改性淀粉。 3. 创新点：该研究首次将乳液聚合技术应用于淀粉和螯合基单体的接枝共聚反应中，从根本上解决螯合剂螯合容量及分布问题。且合成的天然高分子螯合剂在性能上有所突破，具有螯合和絮凝双重功能。类似的研究国内外尚未见报道。 4. 技术关键：要获得效果较好的重金属离子捕集剂，需要严格控制好接枝和改性过程条件，确保一定的接枝率和接枝效率，如接枝时单体和淀粉的质量比，改性时乙二胺和接枝淀粉的用量比，温度和反应时间的控制等。 5、主要技术指标： 产品外观：淡黄色固体粉末 水份含量：<2% 处理后出水水质： 铜<0.3mg/L 总镍<1.0mg/L 总铅<1.5mg/L 本项目完成以后将提供重金属废水处理药剂系列新产品；并在国内外核心期刊上发表相关研究论文1-2篇；
科学性、先进性
- 1、科学性 ⑴ 作品中所有实验数据都是用当今国际最先进最具有代表的科学仪器表征的结果，如用TENSOR27傅里叶红外光谱仪测红外光谱图，XD-3型X射线衍射仪测晶态结构，S-570扫描电子显微镜（SEM）观测产品表面形貌和TAS-990F型原子吸收分析仪测金属离子浓度等。 ⑵ 所有实验数据用当今学科发展理论都能很好的解释，做到实践与理论的统一。 2、先进性 ⑴ 现有的废水处理技术仍以化学沉淀法为主，难以一次性除去多种金属离子，且会存在大量的二次污染。近年来也有开发出新的高分子螯合物，但价格昂贵。本项目研究开发的改性天然高分子工业废水处理剂则对大多数的重金属离子都有很好的捕集作用，并且成本低廉，可循环使用和生物降解，市场应用前景相当可观。 ⑵ 本作品共发表8篇学术性研究论文，其中以第一作者在核心期刊《化工进展》和《第六届全国化学工程和生物化工年会》上发表论文2篇。在《Carbohydrate Polymers》、《化工学报》等发表论文6篇（被SCI等收录2篇）。
获奖情况及鉴定结果
- ⑴ 本作品共发表研究论文8篇，其中SCI、EI收录2篇，在《Carbohydrate Polymers》 2011，(84)：430-438（影响因子：3.469）和核心刊物《化工学报》，2011,62（94）：970-976上发表。以第一作者发表论文2篇，分别于核心刊物《化工进展》2011,30（4）：2-5和《第六届全国化学工程和生物化工年会》2010,956上发表。 ⑵ 本作品于2011年5月荣获第十一届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛省赛一等奖（3）本作品于2011年3月荣获第十二届全国“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛校赛一等奖。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 面议
作品可展示的形式
- 样品、现场演示、图片、实物产品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.使用说明：直接投入废水。 2.技术特点：⑴ 将乳液聚合技术用于淀粉和螯合基单体的接枝共聚，从根本上解决了螯合剂螯合容量及分布问题；⑵在淀粉分子上引入多种官能团和重金属离子强配位基，实现了产物絮凝和螯合的双重功能。 3.优势：⑴以天然淀粉为主要原料，成本低廉，使用方便，市场竞争力强；⑵反应迅速，用量小，去除效率高；⑶可循环使用；⑷可生物降解，无二次污染； 4.适应范围：广泛应用于电镀、电子工业等多种工业废水，处理效果非常理想。 5.经济效益预测：现有的金属捕集剂沉渣量大或价格昂贵，难以推广。本产品具有巨大的市场需求量和可观的经济效益。以广东为例：现有电镀企业6000家，产生废水量59400万吨/年。年需处理剂约4000吨。计算经济效益：产品价格：6000元/吨；生产成本：4800元/吨；毛利润：1200元/吨；年产量：4000吨/年；产值：2400万元/年；效益：480万元/年；五年效益：2400万元。若全国推广，经济效益更为可观。
同类课题研究水平概述
- 近年来开发的改性天然高分子工业废水处理剂凭借其与金属极强的络合能力，成为污染治理领域研究的热点[1-3]。20世纪中叶，以二硫代氨基甲酸盐（DTC）类[4]为代表的重金属螯合剂的研究工作被关注，Carol K, Wagne[5]，Masafumi Moriy[6,7]等在DTC类重金属螯合剂的合成工艺、应用性能等方面做了大量的工作，获得较好的研究进展，推动了合成高分子废水处理剂的发展。国内清华大学[8]、华南理工大学[9]等单位也相继展开了该方面的研究，研制的产品获得较好的效果；江苏水文水资源勘测局[10]、兰州交通大学环境系[11]等单位还进行了合成高分子鳌合剂应用研究工作。以改性淀粉为代表的天然高分子工业废水处理剂的研究工作开始于上世纪70年代，美国率先成功地研制成一种使用方便，应用范围广，废水处理费用低的新型重金属去除剂——不溶性淀粉黄原酸酯（ISX）[12]，使天然产物在废水处理中的优势被广泛关注。国内的研究工作也相继开始，淀粉黄原酸酯是用于重金属处理的一类改性淀粉品种，华南理工大学、广东工业大学、广东职业技术学院[13,14]等单位都进行了该方面的研究。现有研究成果表明改性天然高分子药剂处理电镀废水效果明显，且原料易得，价格低廉，可生物降解，具有良好的开发研究价值[15,16]。但目前报道的改性淀粉类金属捕集剂均为不溶性产品，因而存在反应速度慢，用量偏大、沉淀稳定性不好、螯合效果不理想等问题，并且需和絮凝剂配合使用，使运行成本增加。为了获得高螯合容量的产品，我们在合成方法上进行改进，首先通过官能团转化等反应将螯合功能基引入单体中，再将含有螯合功能基的单体与淀粉进行接枝共聚反应，合成主链为淀粉或改性淀粉，侧链为带有螯合功能团单体的接枝共聚物，从根本上解决螯合容量及螯合功能基分布问题，乳液聚合方法的应用使该接枝共聚过程得以实现。目前有关乳液聚合技术的应用及多功能、水溶性改性淀粉螯合剂的研究成果尚未见报道。在广东省科技计划项目“绿色天然高分子电镀废水处理药剂的研究”（2008.1-2009.12）项目的资助下，我们已基本完成该产品的实验室小试工作，并进行了初步的放大实验，研究工作取得良好进展。
