公布日：2023.05.12
申请日：2022.12.29
分类号：C02F3/34(2023.01)I;C02F1/54(2023.01)I;C02F1/56(2023.01)I;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/20(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种用于污水处理强化脱氮的多核复合型碳源，涉及污水处理领域。该多核复合型碳源，以1‑(3‑硫丙基)‑2‑乙烯基吡啶甜菜碱改性的聚乙烯醇、海藻酸钠作为骨架，包裹相变液，制得的多核复合型碳源，在污水处理中具有良好的脱氮效果、重金属离子去除效果，且制备的骨架具有良好的抗压强度；本发明还采用2,3‑二氨基‑2‑丁烯二腈对海藻酸钠进行改性，将改性后的海藻酸钠用于多核复合型碳源的制备，使得多核复合型碳源在污水处理中具有更优的脱氮效果及重金属离子的去除效果；且制备的骨架也具有更优的抗压强度。
权利要求书
1.一种用于污水处理强化脱氮的多核复合型碳源，其特征在于，包含：相变液，所述相变液由餐厨废弃物经过好氧发酵而来；改性聚乙烯醇，所述改性聚乙烯醇由1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜碱改性聚乙烯醇制得；和，海藻酸钠。
2.根据权利要求1所述的一种用于污水处理强化脱氮的多核复合型碳源，其特征在于：所述改性聚乙烯醇与海藻酸钠的质量比为：1:0.12-0.15。
3.权利要求1所述的用于污水处理强化脱氮的多核复合型碳源的制备方法，包括：1）制备改性聚乙烯醇、海藻酸钠混合水凝胶；2）加入相变液，冷冻成型；3）采用交联剂进行交联，洗涤、干燥，制得多核复合型碳源。
4.根据权利要求3所述的用于污水处理强化脱氮的多核复合型碳源的制备方法，其特征在于：所述交联剂包含H3BO4、CaCl2。
5.根据权利要求4所述的用于污水处理强化脱氮的多核复合型碳源的制备方法，其特征在于：所述H3BO4与CaCl2的质量比为：1:0.5-0.8。
6.权利要求1中所述的改性聚乙烯醇的制备方法，包括：采用1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜碱与聚乙烯醇发生接枝反应制得。
7.根据权利要求6所述的改性聚乙烯醇的制备方法，其特征在于：所述聚乙烯醇与1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜碱的摩尔比为：1:2-2.5。
8.权利要求6-7中任一项所述制备方法制得的改性聚乙烯醇在污水处理中的用途。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于污水处理强化脱氮的多核复合型碳源，具有良好的脱氮效果、重金属离子去除效果。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：一种用于污水处理强化脱氮的多核复合型碳源，包含：相变液，上述相变液由餐厨废弃物经过好氧发酵而来；改性聚乙烯醇，上述改性聚乙烯醇由1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜碱改性聚乙烯醇制得；和，海藻酸钠。
对本发明而言，上述相变液制备方法，包括：将餐厨废弃物进行粉碎，把含水率调节至55-60%，pH调节至中性，加入发酵菌剂（发酵菌剂用量为0.08-0.12kg/t），发酵温度60-65℃，每日翻一次，发酵时间25-30d，制得堆肥；在堆肥中加入水（堆肥与水的质量体积比为1g:20-30mL），在55-60℃条件下，振摇2.5-3.5h，过滤，收集滤液，制得相变液。
对本发明而言，上述相变液的C/N＞40；B/C＞60%。
对本发明而言，上述改性聚乙烯醇、海藻酸钠的总用量与相变液的质量比为：1:2.4-2.8。
对本发明而言，上述改性聚乙烯醇与海藻酸钠的质量比为：1:0.12-0.15。
本发明还公开了一种用于污水处理强化脱氮的多核复合型碳源的制备方法，包括：1）制备改性聚乙烯醇、海藻酸钠混合水凝胶；2）加入相变液，冷冻成型；3）采用交联剂进行交联，洗涤、干燥，制得多核复合型碳源。
本发明公开了一种用于污水处理强化脱氮的多核复合型碳源，以1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜碱改性的聚乙烯醇、海藻酸钠作为骨架，包裹经过好氧发酵的餐厨废弃物制得的相变液，制得的多核复合型碳源，在污水处理中具有良好的脱氮效果、重金属离子去除效果，且制备的骨架具有良好的抗压强度；原因可能是由于1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜碱的吡啶环结构增强了骨架的抗压强度；磺酸根基团也可以与污水中的重金属离子通过螯合作用结合在一起形成微小絮体，微小絮体进一步通过磺酸根基团与1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜碱中的氨基基团的电中和作用聚集在一起生成沉淀，进一步增强了重金属离子的去除效果，同时增强了对废水中带负电荷的离子的去除能力，且污水中重金属离子的减少，可以降低微生物的中毒风险。
具体地，上述用于污水处理强化脱氮的多核复合型碳源的制备方法，包括以下步骤：1）在改性聚乙烯醇、海藻酸钠中加入去离子水（海藻酸钠与去离子水的质量体积比为：1g:90-100mL），在90-97℃搅拌混合2-2.5h，制得改性聚乙烯醇、海藻酸钠混合水凝胶；2）将上述混合水凝胶冷却至室温，加入相变液，搅拌混合，在（-23）-（-18）℃冷冻20-30h成型；3）放入交联剂中，在0-5℃交联20-30h，然后用去离子水洗涤3-5次，干燥，制得多核复合型碳源。
对本发明而言，上述交联剂包含H3BO4、CaCl2。
具体地，上述交联剂的制备方法，包括：在H3BO4中加入去离子水（H3BO4与去离子水的质量体积比为：1g:14-17mL）中，在35-40℃溶解后，加入CaCl2至完全溶解，制得交联剂。
对本发明而言，上述H3BO4与CaCl2的质量比为：1:0.5-0.8。
本发明还公开了一种改性聚乙烯醇的制备方法，包括：采用1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜碱与聚乙烯醇发生接枝反应制得。
具体地，上述改性聚乙烯醇的制备方法，包括以下步骤：将聚乙烯醇加入到浓度为0.01-0.015mol/L的硝酸溶液（聚乙烯醇与硝酸溶液的质量体积比为：1g:80-85mL）中，制得a液，将硝酸铈铵加入到浓度为0.01-0.015mol/L的硝酸溶液（硝酸铈铵与硝酸溶液的质量体积比为：1g:50-60mL）中，制得b液，将1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜碱加入到浓度为0.01-0.015mol/L的硝酸溶液（1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜碱与硝酸溶液的质量体积比为：1g:50-60mL）中，制得c液，在氮气氛围下，将b液、c液依次加入到a液中，在45-50℃反应10-15h，然后在浓度为0.2-0.25mol/L的磷酸氢二钠溶液中洗涤10-12h，在去离子水中洗涤10-12h，干燥，制得改性聚乙烯醇。
对本发明而言，上述聚乙烯醇与硝酸铈铵的质量比为：1:0.08-0.1。
对本发明而言，上述聚乙烯醇与1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜碱的摩尔比为：1:2-2.5。
本发明还公开了上述制备方法制得的改性聚乙烯醇在污水处理中的用途。
为进一步提升多核复合型碳源在污水处理中的用途，本发明还采用改性海藻酸钠替代海藻酸钠。
本发明还提供了一种改性海藻酸钠的制备方法，包括：将海藻酸钠氧化开环，然后再与2,3-二氨基-2-丁烯二腈发生席夫碱反应，制得改性海藻酸钠。
本发明公开了一种改性海藻酸钠的制备方法，将海藻酸钠氧化开环得到醛基，再与2,3-二氨基-2-丁烯二腈通过席夫碱反应引入氨基，再进一步与二硫化碳反应引入二硫代羧基；将制得的改性海藻酸钠用于多核复合型碳源的制备，使得多核复合型碳源在污水处理中具有更优的脱氮效果及重金属离子的去除效果；原因可能是由于氨基与二硫代羧基具有螯合作用，进一步增强了重金属离子的去除效果，同时降低了微生物的中毒风险；另外，改性海藻酸钠所含的碳、氮元素，也进一步维持了微生物生长所需合理的C/N比值；且制备的骨架也具有更优的抗压强度，原因可能是由于2,3-二氨基-2-丁烯二腈中C=C、C≡N键的存在增强了骨架的抗压强度。
具体地，上述改性海藻酸钠的制备方法，包括以下步骤：在海藻酸钠中加入无水乙醇（海藻酸钠与无水乙醇的质量体积比为：1g:8-13mL），搅拌分散，加入浓度为0.3-0.35mol/L的过碘酸钠水溶液（海藻酸钠与过碘酸钠水溶液的质量体积比为：1g:8-13mL），在室温条件下避光反应5.5-7h后，加入乙二醇（海藻酸钠与乙二醇的质量体积比为：1g:0.8-1.2mL）终止氧化反应13-18min，过滤，并用浓度为70-75wt%的乙醇洗涤3-5次，再溶解于DMF（海藻酸钠与DMF的质量体积比为：1g:24-28mL）中，然后在50-55℃条件下，加入到浓度为0.1-0.15g/mL的2,3-二氨基-2-丁烯二腈的DMF溶液（海藻酸钠与2,3-二氨基-2-丁烯二腈的质量比为：1:0.4-0.6）中，反应10-15h，冷却至室温，加入硼氢化钠（海藻酸钠与硼氢化钠的质量比为：1:0.15-0.25），持续反应10-15h，加入氢氧化钠和二硫化碳（海藻酸钠与氢氧化钠、二硫化碳的质量比为：1:0.8-1.2:0.8-1.2），在23-28℃反应25-35min，然后在38-45℃反应5.5-7h，冷却至室温，加入无水乙醇（反应液与无水乙醇的体积比为：1:3-4），在3-5℃静置7-10h，将沉淀冷冻干燥，制得改性海藻酸钠。
本发明还公开了上述制备方法制得的改性海藻酸钠在污水处理中的用途。
本发明的有益效果包括：本发明获得了一种用于污水处理强化脱氮的多核复合型碳源，该多核复合型碳源，以1-(3-硫丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜碱改性的聚乙烯醇、海藻酸钠作为骨架，包裹相变液，制得的多核复合型碳源，在污水处理中具有良好的脱氮效果、重金属离子去除效果，且制备的骨架具有良好的抗压强度；本发明还公开了一种改性海藻酸钠的制备方法，采用2,3-二氨基-2-丁烯二腈对海藻酸钠进行改性，将改性后的海藻酸钠用于多核复合型碳源的制备，使得多核复合型碳源在污水处理中具有更优的脱氮效果及重金属离子的去除效果；且制备的骨架也具有更优的抗压强度。
因此，本发明提供了一种用于污水处理强化脱氮的多核复合型碳源，具有良好的脱氮效果、重金属离子去除效果。
（发明人：徐坚麟;付源;黄勇;迟远飞）
