用于水處理的氨基功能化再生玻璃濾料及其制備與應用制造技術

本發明專利技術涉及一種用于水處理的氨基功能化再生玻璃濾料，及其制備方法與應用。所述氨基功能化再生玻璃濾料由廢棄玻璃經表面羥基化和氨基功能化制得，可用于水廠過濾環節。本發明專利技術的有益效果主要體現在：本發明專利技術以廢棄玻璃為原料，得到氨基功能化再生玻璃濾料應用于水廠過濾環節相比較石英砂優勢巨大，且又由于生產原料來自廢物利用，既符合當今社會節能環保的理念又提高了水廠出水水質，前景廣闊。

【技術實現步驟摘要】
(一)
本專利技術涉及一種用于水處理的氨基功能化再生玻璃濾料，及其制備方法與應用。(二)
技術介紹
隨著水污染的日益嚴重和人們對飲用水水質要求的日益提高，如何在現有水廠工藝流程的基礎上，提高出水水質成為迫切需要解決的問題，過濾是凈水系統中控制出水水質的關鍵工序，而提高過濾技術水平的關鍵是濾料。目前水廠廣泛使用的濾料是石英砂濾料，由于石英砂濾料表面的羥基分布紊亂，相互耦合，活性較低，且這種濾料等電點pH較低，在常規進水環境下表面電性呈負電，然而進水中的雜質例如沉淀階段未沉降下來的破碎絮體，以及大部分的有機物，細菌，病毒，等表面都是帶負電，導致石英砂依靠靜電吸附對這類雜質的去處率很低，另外比表面積小，孔隙率低使得砂濾柱對水質的提升顯得難以保證，對于某些微污染原水不得不增設輔助設施來去除污染物。(三)
技術實現思路
本專利技術基于廢物再生利用的理念，針對石英砂濾料以上不足，對廢棄玻璃進行表面改性以此作為一種新型濾料，來提高濾料的過濾性能。本專利技術采用的技術方案是：一種用于水處理的氨基功能化再生玻璃濾料，由如下方法制備獲得：(1)將廢棄玻璃原料(如廢棄玻璃瓶等)粉碎，篩分取粒徑為0.8～1.2mm的玻璃碎料備用；(2)先將玻璃碎料浸泡到堿性的肥皂水中超聲處理5～10分鐘，然后用去離子水沖洗干凈，再將玻璃濾料浸到98％濃度的濃硫酸中，再加入30％濃度的雙氧水，濃硫酸和雙氧水的體積比為2～3:1，加完雙氧水后再水浴80～90℃煮30～60分鐘，然后取出玻璃碎料先后用去離子水、乙醇充分沖洗，再80～90℃的條件下干燥18～36h；(3)步驟(2)處理后的玻璃碎料用體積濃度5～10％的3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)水乙醇溶液浸泡，并按照去離子水：APTES溶液為3～5:100的體積比加入去離子水，振蕩搖勻后，置于60～80℃環境下，反應18～36h，反應結束后取出玻璃碎料先后用去離子水、乙醇充分沖洗，自然晾干，即得所述氨基功能化再生玻璃濾料。玻璃表面通過APTES接枝氨基的反應主要有兩種機理：在有水的環境下，APTES分子中的乙氧基先與水分子作用水解生成Si-OH，生成的Si-OH和玻璃表面的Si-OH發生縮水反應(式一)，形成Si-O-Si鍵，同時，水解的APTES分子不只是與玻璃表面的Si-OH發生縮合，水解的APTES分子之間也發生縮水反應，按該機理發生的反應一般生成不規則的多分子層。在無水的條件下APTES分子的乙氧基直接與玻璃表面的Si-OH發生縮醇反應(式二)，形成Si-O-Si鍵。由于體系中無水所以APTES分子間不會發生反應，因此這種反應生成的是較規則的單分子層。為了獲得富含氨基的多分子層，本專利技術方案采用在有水的環境下制備。本專利技術還涉及一種制備所述氨基功能化再生玻璃濾料的方法，所述方法包括：(1)原料準備：將廢棄玻璃原料粉碎，篩分取粒徑為0.8～1.2mm的玻璃碎料備用；(2)表面羥基化：先將玻璃碎料浸泡到堿性的肥皂水中超聲處理5分鐘，然后用去離子水沖洗干凈，再將玻璃濾料浸到98％濃度的濃硫酸中，再加入30％濃度的雙氧水，濃硫酸和雙氧水的體積比為7:3，加完雙氧水后再水浴80～90℃煮30～60分鐘，然后取出玻璃碎料先后用去離子水、乙醇充分沖洗(煮完后的玻璃濾料表面還殘余著大量的硫酸，因此要用大量去離子水和乙醇充分沖洗，沖洗后玻璃表面含有大量的羥基)，再80～90℃的條件下干燥18～36h；(3)氨基功能化：步驟(2)處理后的玻璃碎料用體積濃度5～10％的3-氨丙基三乙氧基硅烷水乙醇溶液浸泡，并按照去離子水：APTES溶液為3:100的體積比加入去離子水，振蕩搖勻后，置于60～80℃環境下，反應18～36h，反應結束后取出玻璃碎料先后用去離子水、乙醇充分沖洗，自然晾干，即得所述氨基功能化再生玻璃濾料。本專利技術還涉及所述氨基功能化再生玻璃濾料在水處理中的應用。具體是作為水廠過濾環節的濾料對水進行處理。本專利技術的有益效果主要體現在：本專利技術以廢棄玻璃為原料，得到氨基功能化再生玻璃濾料應用于水廠過濾環節相比較石英砂優勢巨大，且又由于生產原料來自廢物利用，既符合當今社會節能環保的理念又提高了水廠出水水質，前景廣闊。(四)附圖說明圖1為上塘河水水樣顆粒物粒徑分布圖；圖2為實施例2水體顆粒物計數結果。圖3為實施例2顆粒物去除率結果。圖4為實施例3水體顆粒物計數結果。圖5為實施例3顆粒物去除率結果。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術進行進一步描述，但本專利技術的保護范圍并不僅限于此：實施例1：(1)原料準備：將廢棄玻璃原料(居民區收集的廢棄啤酒瓶)粉碎，篩分取粒徑為0.8～1.2mm的玻璃碎料備用；(2)表面羥基化：先將玻璃碎料浸泡到堿性的肥皂水中超聲處理5分鐘，然后用去離子水沖洗干凈，再將玻璃濾料浸到98%濃度的濃硫酸中，再加入30%濃度的雙氧水，濃硫酸和雙氧水的體積比為7:3，加完雙氧水后再水浴80℃煮50分鐘，然后取出玻璃碎料先后用大量去離子水、乙醇充分沖洗，再80℃的條件下干燥24h；（3）氨基功能化：步驟（2）處理后的玻璃碎料用體積濃度5%的3-氨丙基三乙氧基硅烷水乙醇溶液浸泡，并按照去離子水：APTES溶液為3:100的體積比加入去離子水，振蕩搖勻后，置于60℃環境下，反應24h，反應結束后取出玻璃碎料先后用去離子水、乙醇充分沖洗，自然晾干，即得所述氨基功能化再生玻璃濾料，貯存備用。實施例2：將實施例1制備的氨基功能化再生玻璃濾料裝填于過濾裝置中，以傳統石英砂濾料作為對比，采用激光顆粒物分析儀進行水體顆粒物計數。進水水樣為杭州市上塘河浙工大段的原水經過自來水稀釋后的水樣，進水濁度為2NTU，濾層高度為1m，濾柱過水流速為60L/h。為了防止激光顆粒物分析儀的傳感器堵塞，測定水樣自動攔截粒徑在180um以上的大顆粒，又由于測定原理的局限，水體中粒徑小于2um的極其細小顆粒物無法檢測，所以附圖中所呈現的所有數據只考察2um～180um這個粒徑區間。由圖1可以看出粒徑在3～5um區間的顆粒物占到絕大多數，為53%,其次是2～3um區間，其余占20%。進水水質，以及在上述條件下通過石英砂和改性玻璃的濾后水水質在圖2中清晰可見，無論是總顆粒數，還是各個粒徑區間的顆粒數，氨基功能化玻璃濾料的濾后水水質明顯的優于石英砂濾后水，從圖3中可以直觀的看出尤其對于在2～5um區間的顆粒物體，氨基功能化玻璃對它們的去除率遠遠高于傳統石英砂，而恰好這類顆粒物在水體中占據了80％。實施例3：將進水濁度從2NTU提高到了5NTU，其他試驗條件同實施例2，進水水質，出水水質在圖4中體現，去除率反應在圖5中。可以看出氨基功能化玻璃在細小顆粒物的去除上對于傳統石英砂仍然占據優勢，水廠凈水工藝里面水體實際上需要先經過混凝，沉淀階段再進入濾柱，進入濾柱的水體濁度一般不會高于2NTU，所以將這種氨基功能化玻璃濾料應用于水廠過濾環節相比較石英砂優勢巨大，且又由于生產原料來自廢物利用，既符合當今社會節能環保的理念又提高了水廠出水水質，前景廣闊。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于水處理的氨基功能化再生玻璃濾料，由如下方法制備獲得：(1)將廢棄玻璃原料粉碎，篩分取粒徑為0.8～1.2mm的玻璃碎料備用；(2)先將玻璃碎料浸泡到堿性的肥皂水中超聲處理5～10分鐘，然后用去離子水沖洗干凈，再將玻璃濾料浸到98％濃度的濃硫酸中，再加入30％濃度的雙氧水，濃硫酸和雙氧水的體積比為2～3:1，加完雙氧水后再水浴80～90℃煮30～60分鐘，然后取出玻璃碎料先后用去離子水、乙醇充分沖洗，再80～90℃的條件下干燥18～36h；(3)步驟(2)處理后的玻璃碎料用體積濃度5～10％的3?氨丙基三乙氧基硅烷水乙醇溶液浸泡，并按照去離子水：APTES溶液為3～5:100的體積比加入去離子水，振蕩搖勻后，置于60～80℃環境下，反應18～36h，反應結束后取出玻璃碎料先后用去離子水、乙醇充分沖洗，自然晾干，即得所述氨基功能化再生玻璃濾料。

【技術特征摘要】
1.一種用于水處理的氨基功能化再生玻璃濾料，由如下方法制備獲得：(1)將廢棄玻璃原料粉碎，篩分取粒徑為0.8～1.2mm的玻璃碎料備用；(2)先將玻璃碎料浸泡到堿性的肥皂水中超聲處理5～10分鐘，然后用去離子水沖洗干凈，再將玻璃濾料浸到98％濃度的濃硫酸中，再加入30％濃度的雙氧水，濃硫酸和雙氧水的體積比為2～3:1，加完雙氧水后再水浴80～90℃煮30～60分鐘，然后取出玻璃碎料先后用去離子水、乙醇充分沖洗，再80～90℃的條件下干燥18～36h；(3)步驟(2)處理后的玻璃碎料用體積濃度5～10％的3-氨丙基三乙氧基硅烷水乙醇溶液浸泡，并按照去離子水：APTES溶液為3～5:100的體積比加入去離子水，振蕩搖勻后，置于60～80℃環境下，反應18～36h，反應結束后取出玻璃碎料先后用去離子水、乙醇充分沖洗，自然晾干，即得所述氨基功能化再生玻璃濾料。2.一種制備權利要求1所述氨基功能化再生玻...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王紅宇，趙建益，吳華丹，邱川，
申請(專利權)人：浙江工業大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33