一种磁性有机高分子絮凝剂及其制备方法与流程

本发明属于高分子絮凝剂
技术领域：
，具体涉及一种磁性有机高分子絮凝剂及其制备方法。
背景技术：
：近年来，随着工业、建筑业的迅速发展，由此带来的含油废水、煤泥水以及水泥厂废水的排放量大幅度增加，这些废水的产生与排放会对有限的饮用水资源造成污染，危及到人类的饮水安全。一般地，将絮凝剂分为两大类：无机絮凝剂和有机絮凝剂。其中无机絮凝剂主要以铁制剂与铝制剂两大系列为主，无铝制剂有两种：硫酸铝和明矾；铁制剂主要包括硫酸类铁盐、氯化铁等。在这些絮凝剂中，混凝效果最为明显的是硫酸铝，硫酸铝使用方法简单、价格低廉、用量少，而且对处理后的水质的影响不大，对污废水的适用性强，不管原水浊度的大小和废水中污染物浓度的大小，其净化效果都十分显著。但是硫酸铝絮凝剂在低温情况下难以水解，导致其水处理效果不好。在使用铁制剂时要注意铁元素的价态，而且处理后的水质会有轻微的铁元素红褐色残留，影响出水水质。有机高分子絮凝剂中，目前使用最为广泛的是聚丙烯酰胺(PAM)，有四种类型：阴离子型、阳离子型、非离子型以及两性离子型。聚丙烯酰胺混凝效果特别明显，但是价格昂贵，合成成本高，并且含有一定的毒性，可能会对人体以及其他生物造成伤害。因此，导致聚丙烯酰胺的使用受到限制。技术实现要素：解决的技术问题：本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种磁性有机高分子絮凝剂及其制备方法，该絮凝剂具有用量小、适用pH范围宽、温度范围广、热稳定性高等特点，同时对环境不会造成污染。技术方案：一种磁性有机高分子絮凝剂，由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵、油酸改性纳米Fe3O4复合而成。上述有机高分子絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1，制备油酸改性纳米Fe3O4：将液体油酸加至纳米Fe3O4的分散水溶液中，60℃振荡12h，用丙酮抽提至上清液呈无色透明，将抽提洗净后的样品真空干燥、粉碎，得到油酸改性纳米Fe3O4；步骤2，将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵加至蒸馏水中，得到混合液；步骤3，将油酸改性纳米Fe3O4加至混合液中，搅拌，在氮气条件下加入引发剂，搅拌反应；步骤4，将步骤3反应所得产物用丙酮洗涤，真空干燥、粉碎，得到磁性有机高分子絮凝剂。进一步地，步骤2中丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵的质量体积比为6-8g：1g：1-3mL。进一步地，步骤2中丙烯酰胺在水溶液中的质量浓度为20％。进一步地，步骤3中引发剂为NaHSO3和K2S2O8按质量比1：1混合的混合物。进一步地，步骤3中油酸改性纳米Fe3O4的质量浓度为1-7％。进一步地，步骤3中搅拌反应的条件为30-40℃、6h。进一步地，步骤4中真空干燥的条件为80℃、12h。有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点在于：第一，本发明的絮凝剂具有用量小、适用pH范围宽、温度范围广、热稳定性高等特点，同时对环境不会造成污染；第二，本发明的絮凝剂对含油废水、煤泥水具有较好的处理效果，同时具有一定的污泥脱水性能；第三，本发明先通过低温水洗制备油酸改性纳米Fe3O4，在引发剂的条件下将油酸改性纳米Fe3O4与丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵混合反应制备絮凝剂，制备方法简单易行、反应条件温和且对环境无污染。附图说明图1为实施例4的磁性有机高分子絮凝剂合成前后的热重分析图；图2为实施例4的磁性有机高分子絮凝剂合成前后的XRD图；图3为实施例4的磁性有机高分子絮凝剂的红外光谱图；图4为实施例4的磁性有机高分子絮凝剂与其他絮凝剂的絮凝效果图；图5为实施例4的磁性有机高分子絮凝剂投加量对浊度去除率的效果图；图6为实施例1至4的磁性有机高分子絮凝剂的絮凝效果图。具体实施方式本发明提供了一种磁性有机高分子絮凝剂，由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵、油酸改性纳米Fe3O4复合而成。其制备方法是先通过低温水洗制备油酸改性纳米Fe3O4，再在引发剂条件下将油酸改性纳米Fe3O4与丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)混合反应，引发剂为NaHSO3和K2S2O8，得到本发明的磁性有机高分子絮凝剂。下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。实施例1磁性有机高分子絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：步骤1，通过低温水洗法制备油酸改性的纳米Fe3O4：称量2g的纳米Fe3O4放在50mL蒸馏水中用超声波清洗机超声分散10分钟得到溶液①，取50mL的加热成液体的油酸直接加入到溶液①得到混合液②，将混合液②放入双功能水浴恒温振荡60℃条件中回旋振荡12小时，然后用丙酮连续抽提6h至上清液呈无色透明为止，将抽提洗干净后的样品放在80℃真空干燥箱内干燥4小时，用多功能粉碎机粉碎得到油酸改性后的纳米Fe3O4。步骤2，称取6gAM、1gAMPS以及3mLDMDAAC放入250mL烧杯中，向其中注入27mL的蒸馏水使它们完全溶解，使AM的量在水溶液总体系中占有20％，得到溶液③。步骤3，将步骤2中得到的溶液③转移至三口烧瓶中，然后向其中加入2g油酸改性后的纳米四氧化三铁，将它们放置在40℃的水浴锅中用精密定时电动搅拌器连续搅动30分钟，向三口烧瓶中的混合液通入氮气30min后，加入的引发剂(NaHSO3与K2S2O8各0.3g)，将三口烧瓶密封搅拌6h。步骤4，将步骤3所得到的产物放入烧杯中沉淀，然后用丙酮洗涤至溶液透明为止。把洗涤干净的样品放入表面皿中于80℃真空干燥箱内干燥12h。将烘干后的样品用多功能粉碎机粉碎得到所述的磁性有机高分子絮凝剂。实施例2磁性有机高分子絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：步骤1，通过低温水洗法制备油酸改性的纳米Fe3O4：称量2g的纳米Fe3O4放在50mL蒸馏水中用超声波清洗机超声分散10分钟得到溶液①，取50mL的加热成液体的油酸直接加入到溶液①得到混合液②，将混合液②放入双功能水浴恒温振荡60℃条件中回旋振荡12小时，然后用丙酮连续抽提6h至上清液呈无色透明为止，将抽提洗干净后的样品放在80℃真空干燥箱内干燥4小时，用多功能粉碎机粉碎得到油酸改性后的纳米Fe3O4。步骤2，称取8gAM、1gAMPS以及1mLDMDAAC放入250mL烧杯中，向其中注入39mL的蒸馏水使它们完全溶解，使AM的量在水溶液总体系中占有20％，得到溶液③。步骤3，将步骤2中得到的溶液③转移至三口烧瓶中，然后向其中加入0.5g油酸改性后的纳米四氧化三铁，将它们放置在40℃的水浴锅中用精密定时电动搅拌器连续搅动30分钟，向三口烧瓶中的混合液通入氮气30min后，加入的引发剂(NaHSO3与K2S2O8各0.3g)，将三口烧瓶密封搅拌6h。步骤4，将步骤3所得到的产物放入烧杯中沉淀，然后用丙酮洗涤至溶液透明为止。把洗涤干净的样品放入表面皿中于80℃真空干燥箱内干燥12h。将烘干后的样品用多功能粉碎机粉碎得到所述的磁性有机高分子絮凝剂。实施例3磁性有机高分子絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：步骤1，通过低温水洗法制备油酸改性的纳米Fe3O4：称量2g的纳米Fe3O4放在50mL蒸馏水中用超声波清洗机超声分散10分钟得到溶液①，取50mL的加热成液体的油酸直接加入到溶液①得到混合液②，将混合液②放入双功能水浴恒温振荡60℃条件中回旋振荡12小时，然后用丙酮连续抽提6h至上清液呈无色透明为止，将抽提洗干净后的样品放在80℃真空干燥箱内干燥4小时，用多功能粉碎机粉碎得到油酸改性后的纳米Fe3O4。步骤2，称取8gAM、1gAMPS以及1mLDMDAAC放入250mL烧杯中，向其中注入39ml的蒸馏水使它们完全溶解，使AM的量在水溶液总体系中占有20％，得到溶液③。步骤3，将步骤2中得到的溶液③转移至三口烧瓶中，向其中加入2g油酸改性后的纳米四氧化三铁，将它们放置在40℃的水浴锅中用精密定时电动搅拌器连续搅动30分钟，向三口烧瓶中的混合液通入氮气30min后，加入的引发剂(NaHSO3与K2S2O8各0.3g)，将三口烧瓶密封搅拌6h。步骤4，将步骤3所得到的产物放入烧杯中沉淀，然后用丙酮洗涤至溶液透明为止，把洗涤干净的样品放入表面皿中于80℃真空干燥箱内干燥12h，将烘干后的样品用多功能粉碎机粉碎得到所述的磁性有机高分子絮凝剂。实施例4磁性有机高分子絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：步骤1，通过低温水洗法制备油酸改性的纳米Fe3O4：称量2g的纳米Fe3O4放在50mL蒸馏水中用超声波清洗机超声分散10分钟得到溶液①，取50mL的加热成液体的油酸直接加入到溶液①得到混合液②，将混合液②放入双功能水浴恒温振荡60℃条件中回旋振荡12小时，然后用丙酮连续抽提6h至上清液呈无色透明为止，将抽提洗干净后的样品放在80℃真空干燥箱内干燥4小时，用多功能粉碎机粉碎得到油酸改性后的纳米Fe3O4；步骤2，称取8gAM、1gAMPS以及1mLDMDAAC放入250mL烧杯中，向其中注入39ml的蒸馏水使它们完全溶解，使AM的量在水溶液总体系中占有20％，得到溶液③；步骤3，将步骤2中得到的溶液③转移至三口烧瓶中，然后向其中加入2g油酸改性后的纳米四氧化三铁，将它们放置在50℃的水浴锅中用精密定时电动搅拌器连续搅动30分钟，向三口烧瓶中的混合液通入氮气30min后，加入的引发剂(NaHSO3与K2S2O8各0.3g)，将三口烧瓶密封搅拌6h。步骤4，将步骤3所得到的产物放入烧杯中沉淀，然后用丙酮洗涤至溶液透明为止。把洗涤干净的样品放入表面皿中于80℃真空干燥箱内干燥12h，将烘干后的样品用多功能粉碎机粉碎得到所述的磁性有机高分子絮凝剂。对所得磁性有机高分子絮凝剂进行热重分析，结果如图1所示。纯纳米Fe3O4材料的重量随着温度的升高基本上没有变化，合成后的磁性有机高分子絮凝剂在200℃以内质量变化不大，在200℃至450℃之间样品质量随着温度的变化较为明显，450℃之后质量有所变化，但不是很明显，说明样品的热稳定性高。对所得磁性有机高分子絮凝剂进行XRD分析，结果如图2所示。合成前后的样品的XRD图都有7个明显的特征峰且都重合，这表明在合成过程中没有遭到破坏，并且拥有的相同的结构。对所得磁性有机高分子絮凝剂进行红外光谱分析，结果如图3所示。3432.77cm-1是O-H基团的伸缩振动特征峰，3439.95cm-1与1637.32cm-1分别为伯酰胺有机物中N-H的伸缩与弯曲振动特征峰，1732.17cm-1是酰胺基中C＝O的伸缩振动特征峰，1400.97.5cm-1是季铵盐中C-N的伸缩振动特征峰，1041.8cm-1是-SO3H的伸缩振动特征峰，由红外光谱特征峰分析可知，磁性有机高分子絮凝剂中包含季铵盐阳离子、-SO3-阴离子以及酰胺极性基团。对所得磁性有机高分子絮凝剂进行质量磁化率分析，结果如下：表1.PAM-AMPS-DMDAAC样品的磁化率样品名称盒重/g样品+盒/g样品/g质量密度/gLF值/(10^-5)质量磁化率两性絮凝剂5.24110.44025.19920.64997831204.800739从上表可知，本发明的磁性有机高分子絮凝剂的被磁化能力比较强，具有一定的磁性。对所得磁性有机高分子絮凝剂进行旋转粘度分析，结果如下：表2.样品和PAM旋转粘度的比较从上表可知，PAM的旋转粘度比磁性有机高分子絮凝剂的高得多，这表明PAM的分子量比磁性有机高分子絮凝剂的分子量大的多。采用所得磁性有机高分子絮凝剂进行絮凝实验(PAM溶液(0.2wt％)、PAC溶液(20wt％)、样品溶液(2wt％))(1)与其他絮凝剂的比较分别取100mL煤泥水于6个相同的烧杯中，编号1、2、3、4、5、6，用浊度计测定其浊度。然后向烧杯中分别加入PAM+PAC、PAM、样品+PAM、样品、样品+PAC以及PAC，其中样品3mL，PAM、PAC各0.4mL。然后将烧杯放在混凝实验搅拌机先快速(250转/分钟)搅拌2分钟，再慢速(80转/分钟)搅拌5分钟，放置沉淀数小时后用浊度计测其浊度，结果如图4所示。(2)样品投加量的比较分别取100mL煤泥水于6个相同的烧杯中，编号1、2、3、4、5、6，用浊度计测定其浊度。然后向烧杯中分别加入1mL、2mL、3mL、5mL、7mL、9mL的实例4制备的磁性有机高分子絮凝剂将烧杯在六联搅拌机先快速(250转/分钟)搅拌2分钟，再慢速(80转/分钟)搅拌5分钟，放置沉淀数小时后用浊度计测其浊度，结果如图5所示。分别考察实施例1至4制备的磁性有机高分子絮凝剂对煤泥水的处理效果：取100mL的煤泥水溶液，调节溶液pH>4，使用浊度仪测定其浊度，加入3mL的实施例1制备的磁性有机高分子絮凝剂，先快速(250转/分钟)搅拌2分钟，再慢速(80转/分钟)搅拌5分钟，每间隔两个小时测量一次浊度，结果如图6所示；取100mL的煤泥水溶液，调节溶液pH>4，使用浊度仪测定其浊度，加入3mL的实施例2制备的磁性有机高分子絮凝剂，先快速(250转/分钟)搅拌2分钟，再慢速(80转/分钟)搅拌5分钟，每间隔两个小时测量一次浊度，结果如图6所示；取100mL的煤泥水溶液，调节溶液pH>4，使用浊度仪测定其浊度，加入3mL的实施例3制备的磁性有机高分子絮凝剂，先快速(250转/分钟)搅拌2分钟，再慢速(80转/分钟)搅拌5分钟，每间隔两个小时测量一次浊度，结果如图6所示；取100mL的煤泥水溶液，调节溶液pH>4，使用浊度仪测定其浊度，加入3mL的实施例4制备的磁性有机高分子絮凝剂，先快速(250转/分钟)搅拌2分钟，再慢速(80转/分钟)搅拌5分钟，每间隔两个小时测量一次浊度，结果如图6所示。当前第1页1 2 3