一种基于离子交换纤维的废水脱氨工艺的制作方法

本发明涉及废水脱氨，具体涉及一种基于离子交换纤维的废水脱氨工艺。

背景技术：

1、氨氮存在于工业、农业和生活等各类废水中，作为营养物质，氨氮超标会导致水体富营养化，尤其是高氨氮废水来源广、水质复杂多变，使其危害更大、治理更加困难。目前随着化肥生产、石油、养殖等行业的不断发展，高氨氮废水的产量也逐渐增加，高氨氮废水的不当排放，会引起水体富营养化、破坏水环境系统稳态，从而导致水体严重缺氧，对鱼类、好氧水生生物的生长不利，进而造成黑臭水体的产生，危害人类身心健康。因此急需研究如何高效地处理回收氨氮废水中的氨氮，从排放源头经济有效的控制高浓度污染废水产生，及时有效地处理高氨氮废水成为当前科研工作者的重要研究课题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于离子交换纤维的废水脱氨工艺，解决了现阶段废水脱氨工艺需要多次循环的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种基于离子交换纤维的废水脱氨工艺，具体包括如下步骤：

4、将废水装入储液瓶中，连接水泵、液体流量计和中空纤维膜接触器的腔侧形成循环回路，中空纤维膜接触器的壳侧依次连接有阀门、真空表和真空泵，中空纤维膜接触器中的滤膜为改性滤膜。

5、所述的改性滤膜由如下步骤制成：

6、将聚偏氟乙烯溶于n,n-二甲基乙酰胺，加入一水合氯化锂、改性纤维和改性填料，在转速为600-800r/min的条件下，搅拌6-8h，制得铸膜液，将铸膜液刮膜并用去离子水中浸泡2-3天，取出并烘干，制得改性滤膜。

7、所述的聚偏氟乙烯、一水合氯化锂、改性纤维和改性填料的重量份比为80-100:1-3:5-10:10-15。

8、进一步，所述的改性纤维由如下步骤制成：

9、步骤a1：将竹纤维和氢氧化钠溶液混合均匀，在转速为200-300r/min，温度为25-30℃的条件下，搅拌30-40min后，用去离子水洗涤至中性，制得活化纤维，将活化纤维、氯化锂、马来酸酐、4-二甲氨基吡啶和n,n-二甲基乙酰胺混合均匀，在转速为120-150r/min，温度为60-70℃的条件下，进行反应6-8h，制得预处理纤维；

10、步骤a2：将预处理纤维、甲基丙烯酸缩水甘油酯、过氧化苯甲酰、去离子水和n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为60-80r/min，温度为80-85℃的条件下，进行反应2-3h，升温至90-95℃，进行反应2-3h，加入氨基磺酸钠，至ph值为8-10，进行反应15-20h，制得改性纤维。

11、进一步，步骤a1所述的竹纤维和氢氧化钠溶液的质量比为1:20，氢氧化钠溶液的质量分数为15%，活化纤维、氯化锂和马来酸酐的质量比为1:1:2,4-二甲氨基吡啶的用量为马来酸酐质量0.1%。

12、进一步，步骤a2所述的预处理纤维、甲基丙烯酸缩水甘油酯和氨基磺酸钠的用量比为1g:3ml:0.5g，过氧化苯甲酰的用量为甲基丙烯酸缩水甘油酯质量的0.2%。

13、进一步，所述的改性填料由如下步骤制成：

14、步骤b1：将沸石、六水合氯化钙和去离子水混合，在转速为600-800r/min，温度为20-25℃的条件下，搅拌1-1.5h后，真空干燥，将底物分散在乙醇中，在转速为120-150r/min，温度为40-50℃的条件下，搅拌并加入kh550和去离子水，进行反应3-5h，制得改性沸石，将2-氨基对苯二甲酸、六水合硝酸锌和n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为120-150r/min，温度为110-115℃的条件下，进行反应20-25h，制得功能化锌有机框架；

15、步骤b2：将乙二醇、环氧氯丙烷、四丁基溴化铵和n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，通入氮气保护，在转速为120-150r/min，温度为110-115℃的条件下，进行反应2-3h，降温至50-55℃，加入氢氧化钠溶液，进行反应5-7h，制得改性剂，将改性沸石、功能化锌有机框架和n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为150-200r/min，温度为60-70℃，ph值为10-11的条件下，搅拌并加入改性剂，进行反应6-8h，制得复合基体；

16、步骤b3：将复合基体分散在四氢呋喃中，在转速为60-80r/min，温度为40-50℃的条件下，搅拌并加入丙烯酰氯和对甲苯磺酰胺，进行反应3-5h，制得改性基体，将改性基体、丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和去离子水混合均匀，通入氮气保护，在转速为60-80r/min，温度为80-85℃的条件下，搅拌并加入过硫酸铵，进行反应4-6h，制得改性填料。

17、进一步，步骤b1所述的沸石、六水合氯化钙和去离子水的用量比为1g:8g:20ml，kh550的用量为沸石质量的1.5%，2-氨基对苯二甲酸和六水合硝酸锌的摩尔比为1:4。

18、进一步，步骤b2所述的乙二醇、环氧氯丙烷、四丁基溴化铵和氢氧化钠溶液的用量比为100mmol:200mmol:0.5g:30ml，氢氧化钠溶液的质量分数为50%，改性沸石上的氨基、功能化锌有机框架上的氨基和改性剂的摩尔比为1:1:1.1。

19、进一步，步骤b3所述的复合基体和丙烯酰氯的用量比为1g:1.5ml，对甲苯磺酰胺的用量为丙烯酰氯质量的0.2%，改性基体、丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的用量为1g:40mmol:40mmol，过硫酸铵的用量为丙烯酰胺质量0.5%。

20、本发明的有益效果：本发明公开的一种基于离子交换纤维的废水脱氨工艺，将废水装入储液瓶中，连接水泵、液体流量计和中空纤维膜接触器的腔侧形成循环回路，中空纤维膜接触器的壳侧依次连接有阀门、真空表和真空泵，中空纤维膜接触器中的滤膜为改性滤膜，改性滤膜包括如下原料：聚偏氟乙烯、一水合氯化锂、改性纤维和改性填料，改性纤维以竹纤维为原料用氢氧化钠溶液处理，制得活化纤维，将活化纤维用马来酸酐处理，使得马来酸酐开环与羟基酯化，制得预处理纤维，将预处理纤维与甲基丙烯酸缩水甘油酯在过氧化苯甲酰的作用下，使得预处理纤维素上的双键和甲基丙烯酸缩水甘油酯上的双键聚合，再在氨基磺酸钠的作用下，使得环氧基和氨基磺酸钠反应，形成强酸型离子交换纤维，制得改性纤维，改性填料以沸石和六水合氯化钙为原料，在水中共混，在沸石孔隙中负载氯化钙，再用kh550表面处理，使得表面接枝活性氨基，制得改性沸石，将2-氨基对苯二甲酸和六水合硝酸锌配合，形成含有活性氨基的功能化锌有机框架，将乙二醇和环氧氯丙烷反应，使得乙二醇上的醇羟基和环氧氯丙烷上的环氧基反应，再在氢氧化钠溶液的作用下闭环，形成环氧基，制得改性剂，将改性沸石和功能化锌有机框架用改性剂处理，使得改性剂上的环氧基和改性沸石上的氨基以及功能化锌有机框架上的氨基反应，形成新的羟基，制得复合机体，将复合机体和丙烯酰氯反应，使得复合机体上的羟基和丙烯酰氯上的酰氯反应，制得改性基体，将改性基体、丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵聚合，制得改性填料，在废水接触改性滤膜时，改性纤维和改性填料上的阳离子能够与废水中的氨进行离子交换，并将氨吸附在改性纤维和改性填料的孔隙中，改性填料表面的锌有机框架能够提供大量空隙，且具有较多的酸性位点能够提高对氨的捕集量，内部含有沸石结构，沸石内部含有氯化钙，沸石表面的电负性能够将储存在锌有机框架中的氨进一步吸收，让氨与氯化钙接触，进而将锌有机框架中的氨清空，增加了氨的存储空间，提升了废水中氨的去除效率。

技术特征：

1.一种基于离子交换纤维的废水脱氨工艺，其特征在于：具体包括如下步骤：将废水装入储液瓶中，连接水泵、液体流量计和中空纤维膜接触器的腔侧形成循环回路，中空纤维膜接触器的壳侧依次连接有阀门、真空表和真空泵，中空纤维膜接触器中的滤膜为改性滤膜；

2.根据权利要求1所述的一种基于离子交换纤维的废水脱氨工艺，其特征在于：所述的改性纤维由如下步骤制成：

3.根据权利要求2所述的一种基于离子交换纤维的废水脱氨工艺，其特征在于：步骤a1所述的竹纤维和氢氧化钠溶液的质量比为1:20，活化纤维、氯化锂和马来酸酐的质量比为1:1:2。

4.根据权利要求2所述的一种基于离子交换纤维的废水脱氨工艺，其特征在于：步骤a2所述的预处理纤维、甲基丙烯酸缩水甘油酯和氨基磺酸钠的用量比为1g:3ml:0.5g。

5.根据权利要求1所述的一种基于离子交换纤维的废水脱氨工艺，其特征在于：所述的改性填料由如下步骤制成：

6.根据权利要求5所述的一种基于离子交换纤维的废水脱氨工艺，其特征在于：步骤b1所述的沸石、六水合氯化钙和去离子水的用量比为1g:8g:20ml，kh550的用量为沸石质量的1.5%，2-氨基对苯二甲酸和六水合硝酸锌的摩尔比为1:4。

7.根据权利要求5所述的一种基于离子交换纤维的废水脱氨工艺，其特征在于：步骤b2所述的乙二醇、环氧氯丙烷、四丁基溴化铵和氢氧化钠溶液的用量比为100mmol:200mmol:0.5g:30ml，改性沸石上的氨基、功能化锌有机框架上的氨基和改性剂的摩尔比为1:1:1.1。

8.根据权利要求5所述的一种基于离子交换纤维的废水脱氨工艺，其特征在于：步骤b3所述的复合基体和丙烯酰氯的用量比为1g:1.5ml，改性基体、丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的用量为1g:40mmol:40mmol。

技术总结
本发明公开了一种基于离子交换纤维的废水脱氨工艺，具体包括如下步骤：将废水装入储液瓶中，连接水泵、液体流量计和中空纤维膜接触器的腔侧形成循环回路，中空纤维膜接触器的壳侧依次连接有阀门、真空表和真空泵，中空纤维膜接触器中的滤膜为改性滤膜，改性滤膜包括如下原料：聚偏氟乙烯、一水合氯化锂、改性纤维和改性填料，改性纤维和改性填料上的阳离子能够与废水中的氨进行离子交换，并将氨吸附在改性纤维和改性填料的孔隙中，改性填料表面的锌有机框架能够提供大量空隙，且具有较多的酸性位点能够提高对氨的捕集量，内部含有沸石结构，沸石内部含有氯化钙，沸石表面的电负性能够将储存在锌有机框架中的氨进一步吸收。

技术研发人员：蓝远辉,蓝晨宇
受保护的技术使用者：广东越创环保科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23