基本信息
- 项目名称：
- 一种环境友好型膨润土类水处理剂的制备及应用研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 以天然低品位钙基膨润土为主要原料，利用天然的、无毒无害的壳聚糖作为改性剂，采用微波法首创制备环境友好型水处理剂——壳聚糖改性膨润土。测试了改性后膨润土的晶体结构和物化性能，证明改性后膨润土比表面积、层间距和晶体基本结构未发生明显变化，但却具有良好的吸附潜力。作为水处理剂应用于实际废水处理，确定了其在高浊度钢铁废水、焦化废水的最佳处理条件。实验证明该水处理剂应用范围广，处理效果好。
- 详细介绍：
- 本项目以我省储量丰富的低品位钙基膨润土为主要原料，利用天然的、无毒无害的高聚物壳聚糖作为改性剂，对膨润土进行改性，采用微波法首创制备出吸附性能高、环保性能好、应用领域多的新型水处理剂——壳聚糖改性膨润土。 确定了改性膨润土的制备工艺条件为：壳聚糖脱乙酰度为90%，膨润土与壳聚糖溶液的土液比为1.5，壳聚糖溶液浓度为7.5g/L，浸润时间为75min，微波加热时间为5min。 利用比表面积测试仪、IR光谱分析、X-射线衍射分析、扫描电镜分析等先进测试手段测试了改性后膨润土的晶体结构和物化性能。证明改性后膨润土比表面积、层间距和晶体基本结构未发生明显变化,但却具有良好的吸附潜力，为其在水处理领域的应用提供了理论依据和技术支持。 对改性膨润土的吸附性能进行了系统研究。作为水处理剂应用于实际废水处理，确定了其在高浊度钢铁废水、焦化废水的最佳处理条件。 壳聚糖改性膨润土处理高浊度钢铁废水最佳工艺条件为：无需调节废水pH，投土量为4.0g•L-1，投土粒度为0.150mm，搅拌时间为10min，搅拌速度为100r•min-1。对于浊度为9 250～9 480NTU的钢铁废水,浊度去除率η达到99.9%。出水水质满足《再生水作循环冷却水水质》(HG/T3923－2007)的水质要求。处理焦化废水的最佳处理条件：投土量为10g•L-1，pH值为8.6，搅拌时间30min，离心时间12min。改性膨润土对焦化废水CODCr的去除率达到82.5%以上。实验证明，壳聚糖改性膨润土对废水的处理效果明显优于膨润土和壳聚糖，这种新型环境友好型水处理剂应用范围广，产品具有通用性，应用前景好。 壳聚糖改性膨润土这种新型环境友好型水处理剂的开发，为废水处理开辟一条新途径，引领水处理技术的又一次进步，具有显著的环境效益、社会效益和经济效益。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 作品撰写的目的： 1.研制新型的环境友好型壳聚糖改性膨润土水处理剂的制备方法。 2.拓展壳聚糖改性膨润土用于实际废水处理的应用领域。 作品撰写的基本思路： 1.采用微波法首创制备壳聚糖改性膨润土，确定制备条件。 2.测试改性后膨润土的晶体结构和物化性能。 3.应用于实际废水处理，确定其在焦化水、高浊度水的最佳处理条件。
科学性、先进性及独特之处
- 作品的科学性、先进性： 1.本研究成果属环境友好型水处理剂，是近年来国内外研究的热点之一。 2.对于解决我国膨润土利用率低和水资源短缺的问题都具有积极意义。 作品的独特之处： 1.首创微波法进行壳聚糖改性膨润土的制备，填补了制备方法空白。 2.应用于高浊度钢铁废水和焦化废水。填补应用领域空白。 3.壳聚糖改性膨润土具有良好的吸附性能。
应用价值和现实意义
- 1.该水处理剂廉价、高效、环保，属当今环保污水处理技术新品。 2.本研究成果既实现了膨润土的资源利用，又实现了制备、处理的绿色化。 3.壳聚糖改性膨润土既适应传统水处理药剂生产厂家引进新技产品更新换代，又适合普通中小企业和个人进入发展空间巨大、利润丰厚、刚刚才起步的环保产业创业发展，必将为废水处理技术的改善及膨润土资源的广泛利用、提升其资源价值产生重大影响。
学术论文摘要
- 本着开发、利用膨润土资源的原则，以我省天然低品位钙基膨润土为主要原料，利用天然的、无毒无害的壳聚糖作为改性剂，采用微波法首创制备环境友好型水处理剂——壳聚糖改性膨润土。利用比表面积测试仪、IR光谱分析、X-射线衍射分析、扫描电镜分析等测试手段，测试了改性后膨润土的晶体结构和物化性能，证明改性后膨润土比表面积、层间距和晶体基本结构未发生明显变化，但却具有良好的吸附潜力。作为水处理剂应用于实际废水处理，确定了其在高浊度钢铁废水、焦化废水的最佳处理条件。实验证明该水处理剂应用范围广，处理效果好。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 按鉴定证书鉴定结论原文简要填写：(详见附加材料1) 该成果技术先进、创新性突出，达到同类产品国际先进水平。
参考文献
- 主要参考文献： [1]沈阳化工学院(邵红、马勇).一种环境友好型改性膨润土及其制备方法:辽宁,CN200710010951.7[P].2007-10-24. [2]邵红,肖宏康,李辉,宋迎春.壳聚糖负载膨润土处理高浊度废水的效果[J].生态环境学报,2009,18(5). [3]邵红,姜超,李辉,肖宏康.壳聚糖改性膨润土处理焦化废水的实验研究[J].生态环境学报,2010,(5).
同类课题研究水平概述
- 目前，水处理技术中的普遍采用的方法是絮凝法。絮凝剂的开发又是絮凝技术的关键。絮凝剂的种类很多，一般可分为无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂、生物絮凝剂三大类。无机絮凝剂以铝盐和铁盐为代表，具有絮体沉降快、密集等优点，但用量大，在应用中会带入大量无机离子造成二次污染。以聚丙烯酰胺为代表的人工合成有机高分子絮凝剂，虽然用量少、效果好、无腐蚀性等优点，但其单体具有强烈的神经毒性和“三致”，目前英美等国已经严格限制其用量。生物絮凝剂作为一类新型絮凝剂，其广谱的絮凝活性，可生物降解性及应用安全性显示了它在水处理独特的优越性。但原材料价格高、絮凝剂产量低、絮凝活性弱导致其生产成本过高成为其推广应用的主要障碍。 随着环保材料的研制开发应用，膨润土因其良好的物化、矿物性能及来源广泛、价格低廉等优势受到环境保护学科和矿物加工领域的热切关注。目前对膨润土改性的主要方法包括无机改性、有机改性和无机-有机复合改性，不可忽视的是这些改性方法或者大幅度地增加了能量的投入，或者向天然膨润土中引入了重金属离子、有机化合物、强酸等对环境二次污染的成分，或者加工、操作方法比较繁杂。壳聚糖具有无毒、无害、生物相容性和多功能性等特点，并且易于进行化学修饰改性，将其作为一种新型的改性剂改性膨润土，是当前研究的热点之一。 国内外对于膨润土的壳聚糖改性研究主要使用的是水热法，我们的研究项目首创微波法制备壳聚糖改性膨润土。较常规的水热合成法工艺简单、操作简便，成本低廉。由于微波法消除了内扩散的影响，所需的反应时间比常规水热法缩短近280倍（常规水热法需20～50 h，微波法需5～10 min）；另外，由于反应后物料结成块状，过滤及洗涤容易，产品损失少，同时对壳聚糖的消耗量仅为常规法壳聚糖用量的1/7 （常规水热法，壳聚糖含量为改性土的26～30 %；微波法中壳聚糖含量为改性土的为3～5 %）。本研究提出一种新的膨润土改性理念和方法。即原料的天然性、产品的通用性、操作的简捷性、无二次污染性。填补了国内外关于壳聚糖改性膨润土的制备方法的空白。 壳聚糖改性膨润土应用于实际废水处理研究，目前外文仅见研究处理炼油废水、印染废水、含酚和重金属废水的文献，以及以壳聚糖与膨润土为主要原料制备一种载体微生物来处理炼油、焦化等废水的文献。将其应用于焦化、高浊度钢铁等工业废水中的应用研究国内外未见报道。
