一种聚合氯化铝铁—造纸污泥基聚合物复合絮凝剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种聚合氯化铝铁一造纸污泥基聚合物复合絮凝剂及其制备方法，属 于废物资源化利用及水处理絮凝剂技术领域。
【背景技术】
[0002] 混凝沉降法是目前国内外水工业、水污染治理、海水淡化与节水回用净化处理工 程技术领域中，普遍用来提高处理效率的一种既经济又简便的水质处理方法。水处理技术 的创新发展、工艺流程的简化、运行费用降低以及水质净化质量提高，在很大程度上取决于 混凝剂的性能。应用最广泛的混凝剂是水解性金属盐，如铝盐和铁盐，但铝系混凝剂在使用 中存在残余铝神经毒性问题，铁盐则相对其腐蚀性强，对设备要求高。因而，在水处理特别 是饮用水处理过程中，减少无机混凝剂的投加量是非常有必要的。近年来，天然聚合物和人 工合成有机聚合物由于有机物处理效率高，投加量低，产泥量少，受PH变化影响较小，从而 得到迅速发展，但较高的运行成本抑制了产品的应用。研究表明，将有机高分子作为助凝 剂，与无机混凝剂联合使用，可大大降低无机混凝剂的投加量，同时提高混凝效果。目前国 内外有关化学混凝法的主要研究方向集中于新型高效、低廉、环保、复合的絮凝剂开发，这 对治理生活、工业废水有着十分重要的实际应用价值。
[0003] 造纸污泥是造纸过程中废水处理的终端产物。由于具有成分复杂、含水量高、处理 难度大、处置费用高（约占造纸废水处理费用的50%以上）等特点，所以污泥处置已成为困 扰造纸企业经营的难题。国内一般选用焚烧、填埋的方式进行处理，但容易造成二次污染， 加剧环境问题。造纸污泥生物质含量丰富，有机物含50% -65%，主要含有纤维素、半纤维 素和木质素等有机物以及填料、絮凝剂等，如何将造纸污泥进行生物质资源化综合利用具 有十分重要的现实意义。
[0004] 目前，国内造纸污泥的资源化利用主要用于制备活性炭，生产有机肥料、建筑 材料、化学分散剂等，中国专利文献CN102205964A、CN102249745A、CN102503361A及 CN1614142分别公开了造纸污泥资源化利用的相关技术方案。
[0005] 有关利用造纸污泥为原料合成絮凝剂的报道较少，如中国专利文献CN103265106A 公开了一种利用造纸污泥制备絮凝剂的方法，包括使用碱法造纸过程中产生的造纸污泥为 原料，然后用碱液溶解其中的木质素，将混合液移至反应器，反应器升温至一定温度后，加 入无水亚硫酸钠，反应一定时间，再依次向其中加入双氧水和甲醛，搅拌反应一段时间后， 再加入亚硫酸钠，继续反应一定时间后，将反应器温度降低，再加入尿素进行反应，将上清 液中的絮状物过滤即得絮凝剂。所得絮凝剂产品用于预处理大豆蛋白实际水样时，有效产 品的投加量在370-375mg/L，C0D去除率可达35%，总氮去除率可达50%以上。该絮凝剂对 合成温度要求较高，限制其大规模工业生产，且只有在高投加量条件下，对重污染水样具有 一定的混凝效果，对水体中低分子有机物的去除效果不明显，因此该产品存在混凝效率偏 低，运行成本较高，应用水体范围较窄等弊端。
[0006] 经检索，以造纸污泥为原料制备阳离子型絮凝剂并与无机混凝剂制备复合絮凝剂 尚未见相关文献报道。
【发明内容】
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[0007] 针对现有技术的不足，本发明提供一种聚合氯化铝铁一造纸污泥基聚合物复合絮 凝剂，为造纸行业的造纸污泥实现废物资源化，实现造纸工业的可持续发展，减轻了环境压 力。
[0008] 本发明还提供一种聚合氯化铝铁一造纸污泥基聚合物复合絮凝剂的制备方法。
[0009] 原料说明：
[0010] 本发明采用的原料造纸污泥为碱法造纸生产过程中产生的造纸污泥，进行干燥 后，测得木质素含量40~45wt %，纤维素为5~IOwt %，含水率5wt %，其余为泥土、沙粒及 多种无机盐杂质。
[0011] 阳离子型高分子造纸污泥基聚合物简称LBF，聚合氯化铝铁简称PFACl。
[0012] 发明概述：
[0013] 本发明采用造纸行业中产生的造纸污泥为原料，先合成一种阳离子高分子有机聚 合物，然后与无机混凝剂聚合氯化铝铁进行复合，制得一种新型复合絮凝剂。
[0014] 本发明的技术方案如下：
[0015] -种聚合氯化铝铁一造纸污泥基聚合物复合絮凝剂，所述复合絮凝剂为澄清溶 液，是将造纸污泥先合成阳离子型高分子造纸污泥基聚合物后，与聚合氯化铝铁溶液混合 制备而成，聚合氯化铝铁溶液中Fe与Al的总质量浓度为8~12g/L ;其中，造纸污泥基聚合 物与聚合氯化铝铁溶液中Fe与Al的总质量比为I : (1~8)，复合絮凝剂的电位为+25~ 35mV，粘度为 L 10 ~L 25mPa · s，分子量为 500 ~lOOOKDa。
[0016] 本发明的阳离子型高分子造纸污泥基聚合物阳离子度为28~35%，混合制备而 成的复合絮凝剂可储存时间30d以上。
[0017] 上述聚合氯化铝铁一造纸污泥基聚合物复合絮凝剂的制备方法，包括步骤如下：
[0018] (1)聚合氯化铝铁的制备
[0019] 称取FeCl3 · 6H20和AlCl3 · 6H20固体溶解于去离子水中，控制Fe :A1的质量 比为（0. 8~1. 2) : 1，逐滴加入Na2CO3溶液，控制OH : (Fe 3++Α13+)的摩尔比为（0. 5~ 1.5) :1，搅拌至固体完全溶解，按照磷、铁摩尔比为（0.06~0.09) :1的比例加入稳定剂 Na2HPO4 · 12H20粉末，继续搅拌至完全溶解，加水稀释至Fe与Al的总质量浓度为8~12g/ L ;制得聚合氯化铝铁溶液；
[0020] (2)阳离子型高分子造纸污泥基聚合物的制备
[0021] 将所述的造纸污泥溶于去离子水中，造纸污泥与去离子水的质量体积比为 2 : (50~60)g/ml ;搅拌下滴加NaOH溶液，控制pH在11. 0~12. 0,搅拌10~30min，取 混合物离心，取上清液，倒入反应器中，调节PH为7. 0~8. 0 ;
[0022] 将反应器加热至70°C~80°C，加入过二硫酸钾，造纸污泥与过二硫酸钾的质量比 为2: (0.05~0.07)，通氮气10~15min后，加入乙二胺四乙酸二钠，造纸污泥与乙二胺四 乙酸二钠的质量比为2: (0. 05~0. 07)，通氮气继续反应3~5min ;加入丙烯酰胺和二甲基 二烯丙基氯化铵的混合液，造纸污泥与丙烯酰胺的质量比为2: (1. 5~2. 5)，造纸污泥质量 与二甲基二稀丙基氯化铵体积的比为2: (6~10)，单位为g/ml，通氮气反应3~5min后， 搅拌反应3~4h，反应温度70°C~80°C ;
[0023] 反应结束将所得产品冷却至室温，加入丙酮析出反应产物，静置沉淀，取滤渣真空 干燥，得阳离子型高分子造纸污泥基聚合物；
[0024] (3)聚合氯化铝铁一造纸污泥基聚合物复合絮凝剂的制备
[0025] 将步骤（2)制得的阳离子型高分子造纸污泥基聚合物加入步骤（1)制得的聚合氯 化铝铁溶液中，LBF与（Fe+Al)的质量比控制为I : (1~8)，常温下搅拌反应1~5h，即得 聚合氯化铝铁一造纸污泥基聚合物复合絮凝剂。
[0026] 根据本发明优选的，步骤（1)中FeCl3 ·6Η20与AlCl3 ·6Η20的加入量以Fe、Al计， 质量比为1. 〇 :1。
[0027] 根据本发明优选的，步骤（1)中，FeCl3 · 6H20和AlCl3 · 6H20固体并溶解于去离子 水中，铝铁总质量与去离子水体积比为1 :20~35,单位为g/ml。
[0028] 根据本发明优选的，步骤（1)中0H:(Fe3