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基本信息

項(xiàng)目名稱(chēng)：
改性天然高分子工業(yè)廢水處理劑的制備和應(yīng)用
小類(lèi)：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本項(xiàng)目以天然淀粉為主要原料，以電鍍工業(yè)廢水為主要治理對(duì)象，通過(guò)有效的分子設(shè)計(jì)在淀粉分子上引入多種官能團(tuán)和一些重金屬離子強(qiáng)配位基，使合成產(chǎn)品具有優(yōu)良的金屬捕集能力；研制出的工業(yè)廢水處理劑綠色環(huán)保、價(jià)格低廉、使用方便、可循環(huán)使用和生物降解，應(yīng)用于實(shí)際廢水處理中效果顯著。該項(xiàng)目的研究成功對(duì)解決電鍍廢水污染問(wèn)題、促進(jìn)電鍍工業(yè)發(fā)展、保護(hù)人類(lèi)環(huán)境等方面都具有重要的社會(huì)意義。
詳細(xì)介紹：
本項(xiàng)目以天然淀粉為主要原料，以廣東電鍍工業(yè)園排出的電鍍工業(yè)廢水為主要治理對(duì)象，通過(guò)有效的分子設(shè)計(jì)在淀粉分子上引入多種官能團(tuán)和一些重金屬離子強(qiáng)配位基，使合成產(chǎn)品同時(shí)具有優(yōu)良的金屬捕集能力和絮凝能力雙重功能；該產(chǎn)品溶于電鍍廢水中，分子中的官能團(tuán)與金屬離子迅速發(fā)生螯合作用，生成不溶性產(chǎn)物，同時(shí)其自身的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)又可使沉淀快速絮凝下沉，并且天然淀粉的可生物降解，也為沉淀物的后處理帶來(lái)了極大的方便。該項(xiàng)目的研制成功，對(duì)解決電鍍廢水污染問(wèn)題，對(duì)促進(jìn)電鍍工業(yè)發(fā)展，對(duì)保護(hù)人類(lèi)環(huán)境等方面都具有重要的社會(huì)意義，并且產(chǎn)品具有廣闊的市場(chǎng)前景和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。本項(xiàng)目同時(shí)獲得了廣東省大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目資助。目前已完成相關(guān)研究任務(wù)，研制出綠色環(huán)保、價(jià)格低廉、使用方便、可循環(huán)使用和生物降解的天然高分子工業(yè)廢水處理劑樣品。將其應(yīng)用于廣州雙崗電鍍廠、廣州白云區(qū)神山西發(fā)五金廠等多家工廠的實(shí)際廢水處理中，重金屬離子的去除效果顯著，達(dá)到國(guó)家相關(guān)行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)，獲得企業(yè)好評(píng)。本項(xiàng)目研制的產(chǎn)品受到多家工廠的青睞，廣州市綠洲環(huán)保工程有限公司已和我們簽定了合作生產(chǎn)協(xié)議，計(jì)劃年底投產(chǎn)。在此期間，我們?cè)凇禖arbohydrate Polymers》（影響因子3.469）和《化工學(xué)報(bào)》等刊物上發(fā)表了相關(guān)研究論文8篇（被SCI、EI收錄2篇）。其中，以第一作者發(fā)表了論文2篇，分別于核心期刊《化工進(jìn)展》和《第六屆全國(guó)化學(xué)工程和生物化工年會(huì)》上發(fā)表。

作品圖片

  • 改性天然高分子工業(yè)廢水處理劑的制備和應(yīng)用
  • 改性天然高分子工業(yè)廢水處理劑的制備和應(yīng)用
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  • 改性天然高分子工業(yè)廢水處理劑的制備和應(yīng)用
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作品專(zhuān)業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

1. 作品設(shè)計(jì)的目的：電鍍廢水嚴(yán)重污染著我們的生存環(huán)境和制約著電鍍等工業(yè)的發(fā)展，解決重金屬?gòu)U水污染問(wèn)題，己成為環(huán)境保護(hù)的當(dāng)務(wù)之急。而現(xiàn)有的工業(yè)廢水處理劑要么效率低下要么價(jià)格昂貴，難以為國(guó)內(nèi)市場(chǎng)所接受，制備綠色廉價(jià)的廢水處理劑已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。 2. 作品的基本思路：本項(xiàng)目在對(duì)淀粉改性和天然高分子螯合劑進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)淀粉分子含有大量羰基活性基團(tuán)，通過(guò)接枝可在單體中引入螯合功能性基團(tuán)，再以胺化劑進(jìn)行改性可合成具有吸附重金屬離子的氨基改性淀粉。 3. 創(chuàng)新點(diǎn)：該研究首次將乳液聚合技術(shù)應(yīng)用于淀粉和螯合基單體的接枝共聚反應(yīng)中，從根本上解決螯合劑螯合容量及分布問(wèn)題。且合成的天然高分子螯合劑在性能上有所突破，具有螯合和絮凝雙重功能。類(lèi)似的研究國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)報(bào)道。 4. 技術(shù)關(guān)鍵：要獲得效果較好的重金屬離子捕集劑，需要嚴(yán)格控制好接枝和改性過(guò)程條件，確保一定的接枝率和接枝效率，如接枝時(shí)單體和淀粉的質(zhì)量比，改性時(shí)乙二胺和接枝淀粉的用量比，溫度和反應(yīng)時(shí)間的控制等。 5、主要技術(shù)指標(biāo)： 產(chǎn)品外觀：淡黃色固體粉末 水份含量：<2% 處理后出水水質(zhì)： 銅<0.3mg/L 總鎳<1.0mg/L 總鉛<1.5mg/L 本項(xiàng)目完成以后將提供重金屬?gòu)U水處理藥劑系列新產(chǎn)品；并在國(guó)內(nèi)外核心期刊上發(fā)表相關(guān)研究論文1-2篇；

科學(xué)性、先進(jìn)性

1、科學(xué)性 ⑴ 作品中所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都是用當(dāng)今國(guó)際最先進(jìn)最具有代表的科學(xué)儀器表征的結(jié)果，如用TENSOR27傅里葉紅外光譜儀測(cè)紅外光譜圖，XD-3型X射線衍射儀測(cè)晶態(tài)結(jié)構(gòu)，S-570掃描電子顯微鏡（SEM）觀測(cè)產(chǎn)品表面形貌和TAS-990F型原子吸收分析儀測(cè)金屬離子濃度等。 ⑵ 所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用當(dāng)今學(xué)科發(fā)展理論都能很好的解釋?zhuān)龅綄?shí)踐與理論的統(tǒng)一。 2、先進(jìn)性 ⑴ 現(xiàn)有的廢水處理技術(shù)仍以化學(xué)沉淀法為主，難以一次性除去多種金屬離子，且會(huì)存在大量的二次污染。近年來(lái)也有開(kāi)發(fā)出新的高分子螯合物，但價(jià)格昂貴。本項(xiàng)目研究開(kāi)發(fā)的改性天然高分子工業(yè)廢水處理劑則對(duì)大多數(shù)的重金屬離子都有很好的捕集作用，并且成本低廉，可循環(huán)使用和生物降解，市場(chǎng)應(yīng)用前景相當(dāng)可觀。 ⑵ 本作品共發(fā)表8篇學(xué)術(shù)性研究論文，其中以第一作者在核心期刊《化工進(jìn)展》和《第六屆全國(guó)化學(xué)工程和生物化工年會(huì)》上發(fā)表論文2篇。在《Carbohydrate Polymers》、《化工學(xué)報(bào)》等發(fā)表論文6篇（被SCI等收錄2篇）。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

⑴ 本作品共發(fā)表研究論文8篇，其中SCI、EI收錄2篇，在《Carbohydrate Polymers》 2011，(84)：430-438（影響因子：3.469）和核心刊物《化工學(xué)報(bào)》，2011,62（94）：970-976上發(fā)表。以第一作者發(fā)表論文2篇，分別于核心刊物《化工進(jìn)展》2011,30（4）：2-5和《第六屆全國(guó)化學(xué)工程和生物化工年會(huì)》2010,956上發(fā)表。 ⑵ 本作品于2011年5月榮獲第十一屆“挑戰(zhàn)杯”廣東大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽省賽一等獎(jiǎng)（3）本作品于2011年3月榮獲第十二屆全國(guó)“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽校賽一等獎(jiǎng)。

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

面議

作品可展示的形式

樣品、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、實(shí)物產(chǎn)品

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

1.使用說(shuō)明：直接投入廢水。 2.技術(shù)特點(diǎn)：⑴ 將乳液聚合技術(shù)用于淀粉和螯合基單體的接枝共聚，從根本上解決了螯合劑螯合容量及分布問(wèn)題；⑵在淀粉分子上引入多種官能團(tuán)和重金屬離子強(qiáng)配位基，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)物絮凝和螯合的雙重功能。 3.優(yōu)勢(shì)：⑴以天然淀粉為主要原料，成本低廉，使用方便，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)；⑵反應(yīng)迅速，用量小，去除效率高；⑶可循環(huán)使用；⑷可生物降解，無(wú)二次污染； 4.適應(yīng)范圍：廣泛應(yīng)用于電鍍、電子工業(yè)等多種工業(yè)廢水，處理效果非常理想。 5.經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：現(xiàn)有的金屬捕集劑沉渣量大或價(jià)格昂貴，難以推廣。本產(chǎn)品具有巨大的市場(chǎng)需求量和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。以廣東為例：現(xiàn)有電鍍企業(yè)6000家，產(chǎn)生廢水量59400萬(wàn)噸/年。年需處理劑約4000噸。計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益：產(chǎn)品價(jià)格：6000元/噸；生產(chǎn)成本：4800元/噸；毛利潤(rùn)：1200元/噸；年產(chǎn)量：4000噸/年；產(chǎn)值：2400萬(wàn)元/年；效益：480萬(wàn)元/年；五年效益：2400萬(wàn)元。若全國(guó)推廣，經(jīng)濟(jì)效益更為可觀。

同類(lèi)課題研究水平概述

近年來(lái)開(kāi)發(fā)的改性天然高分子工業(yè)廢水處理劑憑借其與金屬極強(qiáng)的絡(luò)合能力，成為污染治理領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[1-3]。20世紀(jì)中葉，以二硫代氨基甲酸鹽（DTC）類(lèi)[4]為代表的重金屬螯合劑的研究工作被關(guān)注，Carol K, Wagne[5]，Masafumi Moriy[6,7]等在DTC類(lèi)重金屬螯合劑的合成工藝、應(yīng)用性能等方面做了大量的工作，獲得較好的研究進(jìn)展，推動(dòng)了合成高分子廢水處理劑的發(fā)展。國(guó)內(nèi)清華大學(xué)[8]、華南理工大學(xué)[9]等單位也相繼展開(kāi)了該方面的研究，研制的產(chǎn)品獲得較好的效果；江蘇水文水資源勘測(cè)局[10]、蘭州交通大學(xué)環(huán)境系[11]等單位還進(jìn)行了合成高分子鰲合劑應(yīng)用研究工作。以改性淀粉為代表的天然高分子工業(yè)廢水處理劑的研究工作開(kāi)始于上世紀(jì)70年代，美國(guó)率先成功地研制成一種使用方便，應(yīng)用范圍廣，廢水處理費(fèi)用低的新型重金屬去除劑——不溶性淀粉黃原酸酯（ISX）[12]，使天然產(chǎn)物在廢水處理中的優(yōu)勢(shì)被廣泛關(guān)注。國(guó)內(nèi)的研究工作也相繼開(kāi)始，淀粉黃原酸酯是用于重金屬處理的一類(lèi)改性淀粉品種，華南理工大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)、廣東職業(yè)技術(shù)學(xué)院[13,14]等單位都進(jìn)行了該方面的研究?，F(xiàn)有研究成果表明改性天然高分子藥劑處理電鍍廢水效果明顯，且原料易得，價(jià)格低廉，可生物降解，具有良好的開(kāi)發(fā)研究?jī)r(jià)值[15,16]。但目前報(bào)道的改性淀粉類(lèi)金屬捕集劑均為不溶性產(chǎn)品，因而存在反應(yīng)速度慢，用量偏大、沉淀穩(wěn)定性不好、螯合效果不理想等問(wèn)題，并且需和絮凝劑配合使用，使運(yùn)行成本增加。為了獲得高螯合容量的產(chǎn)品，我們?cè)诤铣煞椒ㄉ线M(jìn)行改進(jìn)，首先通過(guò)官能團(tuán)轉(zhuǎn)化等反應(yīng)將螯合功能基引入單體中，再將含有螯合功能基的單體與淀粉進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)，合成主鏈為淀粉或改性淀粉，側(cè)鏈為帶有螯合功能團(tuán)單體的接枝共聚物，從根本上解決螯合容量及螯合功能基分布問(wèn)題，乳液聚合方法的應(yīng)用使該接枝共聚過(guò)程得以實(shí)現(xiàn)。目前有關(guān)乳液聚合技術(shù)的應(yīng)用及多功能、水溶性改性淀粉螯合劑的研究成果尚未見(jiàn)報(bào)道。在廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目“綠色天然高分子電鍍廢水處理藥劑的研究”（2008.1-2009.12）項(xiàng)目的資助下，我們已基本完成該產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)室小試工作，并進(jìn)行了初步的放大實(shí)驗(yàn)，研究工作取得良好進(jìn)展。
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