本發(fā)明屬于高分子絮凝劑
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種磁性有機(jī)高分子絮凝劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
：近年來，隨著工業(yè)、建筑業(yè)的迅速發(fā)展，由此帶來的含油廢水、煤泥水以及水泥廠廢水的排放量大幅度增加，這些廢水的產(chǎn)生與排放會(huì)對(duì)有限的飲用水資源造成污染，危及到人類的飲水安全。一般地，將絮凝劑分為兩大類：無機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑。其中無機(jī)絮凝劑主要以鐵制劑與鋁制劑兩大系列為主，無鋁制劑有兩種：硫酸鋁和明礬；鐵制劑主要包括硫酸類鐵鹽、氯化鐵等。在這些絮凝劑中，混凝效果最為明顯的是硫酸鋁，硫酸鋁使用方法簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、用量少，而且對(duì)處理后的水質(zhì)的影響不大，對(duì)污廢水的適用性強(qiáng)，不管原水濁度的大小和廢水中污染物濃度的大小，其凈化效果都十分顯著。但是硫酸鋁絮凝劑在低溫情況下難以水解，導(dǎo)致其水處理效果不好。在使用鐵制劑時(shí)要注意鐵元素的價(jià)態(tài)，而且處理后的水質(zhì)會(huì)有輕微的鐵元素紅褐色殘留，影響出水水質(zhì)。有機(jī)高分子絮凝劑中，目前使用最為廣泛的是聚丙烯酰胺(PAM)，有四種類型：陰離子型、陽離子型、非離子型以及兩性離子型。聚丙烯酰胺混凝效果特別明顯，但是價(jià)格昂貴，合成成本高，并且含有一定的毒性，可能會(huì)對(duì)人體以及其他生物造成傷害。因此，導(dǎo)致聚丙烯酰胺的使用受到限制。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：解決的技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種磁性有機(jī)高分子絮凝劑及其制備方法，該絮凝劑具有用量小、適用pH范圍寬、溫度范圍廣、熱穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染。技術(shù)方案：一種磁性有機(jī)高分子絮凝劑，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銨、油酸改性納米Fe3O4復(fù)合而成。上述有機(jī)高分子絮凝劑的制備方法，包括以下步驟：步驟1，制備油酸改性納米Fe3O4：將液體油酸加至納米Fe3O4的分散水溶液中，60℃振蕩12h，用丙酮抽提至上清液呈無色透明，將抽提洗凈后的樣品真空干燥、粉碎，得到油酸改性納米Fe3O4；步驟2，將丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化銨加至蒸餾水中，得到混合液；步驟3，將油酸改性納米Fe3O4加至混合液中，攪拌，在氮?dú)鈼l件下加入引發(fā)劑，攪拌反應(yīng)；步驟4，將步驟3反應(yīng)所得產(chǎn)物用丙酮洗滌，真空干燥、粉碎，得到磁性有機(jī)高分子絮凝劑。進(jìn)一步地，步驟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銨的質(zhì)量體積比為6-8g：1g：1-3mL。進(jìn)一步地，步驟2中丙烯酰胺在水溶液中的質(zhì)量濃度為20％。進(jìn)一步地，步驟3中引發(fā)劑為NaHSO3和K2S2O8按質(zhì)量比1：1混合的混合物。進(jìn)一步地，步驟3中油酸改性納米Fe3O4的質(zhì)量濃度為1-7％。進(jìn)一步地，步驟3中攪拌反應(yīng)的條件為30-40℃、6h。進(jìn)一步地，步驟4中真空干燥的條件為80℃、12h。有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：第一，本發(fā)明的絮凝劑具有用量小、適用pH范圍寬、溫度范圍廣、熱穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染；第二，本發(fā)明的絮凝劑對(duì)含油廢水、煤泥水具有較好的處理效果，同時(shí)具有一定的污泥脫水性能；第三，本發(fā)明先通過低溫水洗制備油酸改性納米Fe3O4，在引發(fā)劑的條件下將油酸改性納米Fe3O4與丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化銨混合反應(yīng)制備絮凝劑，制備方法簡(jiǎn)單易行、反應(yīng)條件溫和且對(duì)環(huán)境無污染。附圖說明圖1為實(shí)施例4的磁性有機(jī)高分子絮凝劑合成前后的熱重分析圖；圖2為實(shí)施例4的磁性有機(jī)高分子絮凝劑合成前后的XRD圖；圖3為實(shí)施例4的磁性有機(jī)高分子絮凝劑的紅外光譜圖；圖4為實(shí)施例4的磁性有機(jī)高分子絮凝劑與其他絮凝劑的絮凝效果圖；圖5為實(shí)施例4的磁性有機(jī)高分子絮凝劑投加量對(duì)濁度去除率的效果圖；圖6為實(shí)施例1至4的磁性有機(jī)高分子絮凝劑的絮凝效果圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明提供了一種磁性有機(jī)高分子絮凝劑，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銨、油酸改性納米Fe3O4復(fù)合而成。其制備方法是先通過低溫水洗制備油酸改性納米Fe3O4，再在引發(fā)劑條件下將油酸改性納米Fe3O4與丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC)混合反應(yīng)，引發(fā)劑為NaHSO3和K2S2O8，得到本發(fā)明的磁性有機(jī)高分子絮凝劑。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例1磁性有機(jī)高分子絮凝劑的制備方法，包括如下步驟：步驟1，通過低溫水洗法制備油酸改性的納米Fe3O4：稱量2g的納米Fe3O4放在50mL蒸餾水中用超聲波清洗機(jī)超聲分散10分鐘得到溶液①，取50mL的加熱成液體的油酸直接加入到溶液①得到混合液②，將混合液②放入雙功能水浴恒溫振蕩60℃條件中回旋振蕩12小時(shí)，然后用丙酮連續(xù)抽提6h至上清液呈無色透明為止，將抽提洗干凈后的樣品放在80℃真空干燥箱內(nèi)干燥4小時(shí)，用多功能粉碎機(jī)粉碎得到油酸改性后的納米Fe3O4。步驟2，稱取6gAM、1gAMPS以及3mLDMDAAC放入250mL燒杯中，向其中注入27mL的蒸餾水使它們完全溶解，使AM的量在水溶液總體系中占有20％，得到溶液③。步驟3，將步驟2中得到的溶液③轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，然后向其中加入2g油酸改性后的納米四氧化三鐵，將它們放置在40℃的水浴鍋中用精密定時(shí)電動(dòng)攪拌器連續(xù)攪動(dòng)30分鐘，向三口燒瓶中的混合液通入氮?dú)?0min后，加入的引發(fā)劑(NaHSO3與K2S2O8各0.3g)，將三口燒瓶密封攪拌6h。步驟4，將步驟3所得到的產(chǎn)物放入燒杯中沉淀，然后用丙酮洗滌至溶液透明為止。把洗滌干凈的樣品放入表面皿中于80℃真空干燥箱內(nèi)干燥12h。將烘干后的樣品用多功能粉碎機(jī)粉碎得到所述的磁性有機(jī)高分子絮凝劑。實(shí)施例2磁性有機(jī)高分子絮凝劑的制備方法，包括如下步驟：步驟1，通過低溫水洗法制備油酸改性的納米Fe3O4：稱量2g的納米Fe3O4放在50mL蒸餾水中用超聲波清洗機(jī)超聲分散10分鐘得到溶液①，取50mL的加熱成液體的油酸直接加入到溶液①得到混合液②，將混合液②放入雙功能水浴恒溫振蕩60℃條件中回旋振蕩12小時(shí)，然后用丙酮連續(xù)抽提6h至上清液呈無色透明為止，將抽提洗干凈后的樣品放在80℃真空干燥箱內(nèi)干燥4小時(shí)，用多功能粉碎機(jī)粉碎得到油酸改性后的納米Fe3O4。步驟2，稱取8gAM、1gAMPS以及1mLDMDAAC放入250mL燒杯中，向其中注入39mL的蒸餾水使它們完全溶解，使AM的量在水溶液總體系中占有20％，得到溶液③。步驟3，將步驟2中得到的溶液③轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，然后向其中加入0.5g油酸改性后的納米四氧化三鐵，將它們放置在40℃的水浴鍋中用精密定時(shí)電動(dòng)攪拌器連續(xù)攪動(dòng)30分鐘，向三口燒瓶中的混合液通入氮?dú)?0min后，加入的引發(fā)劑(NaHSO3與K2S2O8各0.3g)，將三口燒瓶密封攪拌6h。步驟4，將步驟3所得到的產(chǎn)物放入燒杯中沉淀，然后用丙酮洗滌至溶液透明為止。把洗滌干凈的樣品放入表面皿中于80℃真空干燥箱內(nèi)干燥12h。將烘干后的樣品用多功能粉碎機(jī)粉碎得到所述的磁性有機(jī)高分子絮凝劑。實(shí)施例3磁性有機(jī)高分子絮凝劑的制備方法，包括如下步驟：步驟1，通過低溫水洗法制備油酸改性的納米Fe3O4：稱量2g的納米Fe3O4放在50mL蒸餾水中用超聲波清洗機(jī)超聲分散10分鐘得到溶液①，取50mL的加熱成液體的油酸直接加入到溶液①得到混合液②，將混合液②放入雙功能水浴恒溫振蕩60℃條件中回旋振蕩12小時(shí)，然后用丙酮連續(xù)抽提6h至上清液呈無色透明為止，將抽提洗干凈后的樣品放在80℃真空干燥箱內(nèi)干燥4小時(shí)，用多功能粉碎機(jī)粉碎得到油酸改性后的納米Fe3O4。步驟2，稱取8gAM、1gAMPS以及1mLDMDAAC放入250mL燒杯中，向其中注入39ml的蒸餾水使它們完全溶解，使AM的量在水溶液總體系中占有20％，得到溶液③。步驟3，將步驟2中得到的溶液③轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，向其中加入2g油酸改性后的納米四氧化三鐵，將它們放置在40℃的水浴鍋中用精密定時(shí)電動(dòng)攪拌器連續(xù)攪動(dòng)30分鐘，向三口燒瓶中的混合液通入氮?dú)?0min后，加入的引發(fā)劑(NaHSO3與K2S2O8各0.3g)，將三口燒瓶密封攪拌6h。步驟4，將步驟3所得到的產(chǎn)物放入燒杯中沉淀，然后用丙酮洗滌至溶液透明為止，把洗滌干凈的樣品放入表面皿中于80℃真空干燥箱內(nèi)干燥12h，將烘干后的樣品用多功能粉碎機(jī)粉碎得到所述的磁性有機(jī)高分子絮凝劑。實(shí)施例4磁性有機(jī)高分子絮凝劑的制備方法，包括如下步驟：步驟1，通過低溫水洗法制備油酸改性的納米Fe3O4：稱量2g的納米Fe3O4放在50mL蒸餾水中用超聲波清洗機(jī)超聲分散10分鐘得到溶液①，取50mL的加熱成液體的油酸直接加入到溶液①得到混合液②，將混合液②放入雙功能水浴恒溫振蕩60℃條件中回旋振蕩12小時(shí)，然后用丙酮連續(xù)抽提6h至上清液呈無色透明為止，將抽提洗干凈后的樣品放在80℃真空干燥箱內(nèi)干燥4小時(shí)，用多功能粉碎機(jī)粉碎得到油酸改性后的納米Fe3O4；步驟2，稱取8gAM、1gAMPS以及1mLDMDAAC放入250mL燒杯中，向其中注入39ml的蒸餾水使它們完全溶解，使AM的量在水溶液總體系中占有20％，得到溶液③；步驟3，將步驟2中得到的溶液③轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，然后向其中加入2g油酸改性后的納米四氧化三鐵，將它們放置在50℃的水浴鍋中用精密定時(shí)電動(dòng)攪拌器連續(xù)攪動(dòng)30分鐘，向三口燒瓶中的混合液通入氮?dú)?0min后，加入的引發(fā)劑(NaHSO3與K2S2O8各0.3g)，將三口燒瓶密封攪拌6h。步驟4，將步驟3所得到的產(chǎn)物放入燒杯中沉淀，然后用丙酮洗滌至溶液透明為止。把洗滌干凈的樣品放入表面皿中于80℃真空干燥箱內(nèi)干燥12h，將烘干后的樣品用多功能粉碎機(jī)粉碎得到所述的磁性有機(jī)高分子絮凝劑。對(duì)所得磁性有機(jī)高分子絮凝劑進(jìn)行熱重分析，結(jié)果如圖1所示。純納米Fe3O4材料的重量隨著溫度的升高基本上沒有變化，合成后的磁性有機(jī)高分子絮凝劑在200℃以內(nèi)質(zhì)量變化不大，在200℃至450℃之間樣品質(zhì)量隨著溫度的變化較為明顯，450℃之后質(zhì)量有所變化，但不是很明顯，說明樣品的熱穩(wěn)定性高。對(duì)所得磁性有機(jī)高分子絮凝劑進(jìn)行XRD分析，結(jié)果如圖2所示。合成前后的樣品的XRD圖都有7個(gè)明顯的特征峰且都重合，這表明在合成過程中沒有遭到破壞，并且擁有的相同的結(jié)構(gòu)。對(duì)所得磁性有機(jī)高分子絮凝劑進(jìn)行紅外光譜分析，結(jié)果如圖3所示。3432.77cm-1是O-H基團(tuán)的伸縮振動(dòng)特征峰，3439.95cm-1與1637.32cm-1分別為伯酰胺有機(jī)物中N-H的伸縮與彎曲振動(dòng)特征峰，1732.17cm-1是酰胺基中C＝O的伸縮振動(dòng)特征峰，1400.97.5cm-1是季銨鹽中C-N的伸縮振動(dòng)特征峰，1041.8cm-1是-SO3H的伸縮振動(dòng)特征峰，由紅外光譜特征峰分析可知，磁性有機(jī)高分子絮凝劑中包含季銨鹽陽離子、-SO3-陰離子以及酰胺極性基團(tuán)。對(duì)所得磁性有機(jī)高分子絮凝劑進(jìn)行質(zhì)量磁化率分析，結(jié)果如下：表1.PAM-AMPS-DMDAAC樣品的磁化率樣品名稱盒重/g樣品+盒/g樣品/g質(zhì)量密度/gLF值/(10^-5)質(zhì)量磁化率兩性絮凝劑5.24110.44025.19920.64997831204.800739從上表可知，本發(fā)明的磁性有機(jī)高分子絮凝劑的被磁化能力比較強(qiáng)，具有一定的磁性。對(duì)所得磁性有機(jī)高分子絮凝劑進(jìn)行旋轉(zhuǎn)粘度分析，結(jié)果如下：表2.樣品和PAM旋轉(zhuǎn)粘度的比較從上表可知，PAM的旋轉(zhuǎn)粘度比磁性有機(jī)高分子絮凝劑的高得多，這表明PAM的分子量比磁性有機(jī)高分子絮凝劑的分子量大的多。采用所得磁性有機(jī)高分子絮凝劑進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)(PAM溶液(0.2wt％)、PAC溶液(20wt％)、樣品溶液(2wt％))(1)與其他絮凝劑的比較分別取100mL煤泥水于6個(gè)相同的燒杯中，編號(hào)1、2、3、4、5、6，用濁度計(jì)測(cè)定其濁度。然后向燒杯中分別加入PAM+PAC、PAM、樣品+PAM、樣品、樣品+PAC以及PAC，其中樣品3mL，PAM、PAC各0.4mL。然后將燒杯放在混凝實(shí)驗(yàn)攪拌機(jī)先快速(250轉(zhuǎn)/分鐘)攪拌2分鐘，再慢速(80轉(zhuǎn)/分鐘)攪拌5分鐘，放置沉淀數(shù)小時(shí)后用濁度計(jì)測(cè)其濁度，結(jié)果如圖4所示。(2)樣品投加量的比較分別取100mL煤泥水于6個(gè)相同的燒杯中，編號(hào)1、2、3、4、5、6，用濁度計(jì)測(cè)定其濁度。然后向燒杯中分別加入1mL、2mL、3mL、5mL、7mL、9mL的實(shí)例4制備的磁性有機(jī)高分子絮凝劑將燒杯在六聯(lián)攪拌機(jī)先快速(250轉(zhuǎn)/分鐘)攪拌2分鐘，再慢速(80轉(zhuǎn)/分鐘)攪拌5分鐘，放置沉淀數(shù)小時(shí)后用濁度計(jì)測(cè)其濁度，結(jié)果如圖5所示。分別考察實(shí)施例1至4制備的磁性有機(jī)高分子絮凝劑對(duì)煤泥水的處理效果：取100mL的煤泥水溶液，調(diào)節(jié)溶液pH>4，使用濁度儀測(cè)定其濁度，加入3mL的實(shí)施例1制備的磁性有機(jī)高分子絮凝劑，先快速(250轉(zhuǎn)/分鐘)攪拌2分鐘，再慢速(80轉(zhuǎn)/分鐘)攪拌5分鐘，每間隔兩個(gè)小時(shí)測(cè)量一次濁度，結(jié)果如圖6所示；取100mL的煤泥水溶液，調(diào)節(jié)溶液pH>4，使用濁度儀測(cè)定其濁度，加入3mL的實(shí)施例2制備的磁性有機(jī)高分子絮凝劑，先快速(250轉(zhuǎn)/分鐘)攪拌2分鐘，再慢速(80轉(zhuǎn)/分鐘)攪拌5分鐘，每間隔兩個(gè)小時(shí)測(cè)量一次濁度，結(jié)果如圖6所示；取100mL的煤泥水溶液，調(diào)節(jié)溶液pH>4，使用濁度儀測(cè)定其濁度，加入3mL的實(shí)施例3制備的磁性有機(jī)高分子絮凝劑，先快速(250轉(zhuǎn)/分鐘)攪拌2分鐘，再慢速(80轉(zhuǎn)/分鐘)攪拌5分鐘，每間隔兩個(gè)小時(shí)測(cè)量一次濁度，結(jié)果如圖6所示；取100mL的煤泥水溶液，調(diào)節(jié)溶液pH>4，使用濁度儀測(cè)定其濁度，加入3mL的實(shí)施例4制備的磁性有機(jī)高分子絮凝劑，先快速(250轉(zhuǎn)/分鐘)攪拌2分鐘，再慢速(80轉(zhuǎn)/分鐘)攪拌5分鐘，每間隔兩個(gè)小時(shí)測(cè)量一次濁度，結(jié)果如圖6所示。當(dāng)前第1頁1 2 3