CN102432153A - 一种磁性污泥深度脱水复合改性剂制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明以纳米磁性Fe₃O₄、阴离子聚丙烯酰胺（PAM）和二甲基二烯丙基氯化铵（DADMAC）为原料制备了一种用于污泥深度脱水的磁性污泥改性剂。本发明的制备方法分为纳米磁性Fe₃O₄的制备、DADMAC的制备和磁性污泥改性剂的合成3部分。磁性Fe₃O₄颗粒具有深度污泥改性的能力，DADMAC为高电荷密度的阳离子单体，具有良好的亲水性，在水中电离后能跟磁性颗粒很好地吸附,形成稳定的DADMAC离子的单分子吸附层，两者结合形成污泥改性剂具有良好的脱水性能。本发明的改性剂，应用广泛，脱水效果好，并且可以回收利用，大大降低了污泥脱水成本。

Description

一种磁性污泥深度脱水复合改性剂制备方法

技术领域

本发明涉及一种高效污泥脱水改性剂及其制备方法，具体为一种可回收利用的磁性微球状污泥脱水改性剂。

背景技术

目前,污泥脱水已成为污泥处理及处置流程中一个非常重要的环节,通过减少污泥体积来节省后续运输、填埋、焚烧等处理成本具有重大意义。由于污泥中含有大量的蛋白质、脂肪及其它碳水化合物等高浓度有机物，导致污泥的粘度较大、含水率较高、固液分离性能差，进而影响到污泥堆肥、焚烧或填埋等后续处理处置。污泥中的束缚水是被固体颗粒吸附或被包裹在细胞内部，所谓“束缚”的水分子其外围被十分强大的负电荷紧固着，它与水核内的正电荷取得平衡。而化学改性剂以比表面大很多、具有足够的阳离子能与其置换，通过破坏了原水核的正负平衡而导致介脱束缚形成“自由”，使机械压滤出水成为可能。

在污泥处理过程中, 常通过投加化学药剂来改善污泥的脱水性能,但常用的无机混凝剂(Fe³⁺)和有机高分子絮凝剂( PAM ),只能提高污泥的脱水速度,而不能提高污泥的脱水程度。表面活性剂凭借其特殊的亲水性和疏水性的两亲结构,可以改变污泥絮体结构和絮体的表面性质,使污泥中更多的结合水转化为易被脱除的自由水,从而达到改善污泥脱水性能的目的。化学改性剂是一种具有纳米级的比表面积，具有足够的阳离子置换特性，并具有疏水亲油及疏油、亲水的双亲性。要实现高效改性，还要匹配偶联桥架辅以助滤，共同形成最佳表面活性。改性剂是一种无机与有机数种药剂的复合体，由于不同污泥其性质各异，因此要达到有效改性，需要有针对性的复合配方。

目前存在的污泥改性剂，绝大多数具有针对性，且效果一般，制造成本较高，不利于大规模推广。本发明提供了一种应用广泛的污泥深度脱水改性剂，并可回收再利用。

发明内容

针对上述问题，本发明以纳米磁性Fe₃O₄、阴离子聚丙烯酰胺（PAM）和二甲基二烯丙基氯化铵（DADMAC）为原料制造了一种可回收利用的污泥深度脱水改性剂。

本发明可通过以下方法实现：

（1）纳米磁性Fe₃O₄的制备

采用共沉淀法制备磁性Fe₃O₄，反应如下：

Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH^-=Fe₃O₄+4H₂O

首先将Fe²⁺和Fe³⁺按1:1溶于水，50℃下水浴搅拌30min，然后加入过量的NaOH溶液，使pH为11，保持30min；在磁力搅拌器上搅拌2h，进而在强磁场下静置冷却24h，倒掉上清液，然后再烘箱中80℃干燥，得到纳米Fe₃O₄磁性粒子。

（2）DADMAC的制备

取500mL二甲胺加于四口瓶中,每5min通过滴液漏斗滴加氯丙烯,再过30s 后立即滴加质量百分数为40%~50%的NaOH, 5h内滴完,将反应产物倒入分液漏斗,静置 20min 后, 取上层油相倒入烧杯,称量,再取固体NaOH放入烧杯吸水纯化叔胺, 然后把丙酮与叔胺按体积比2:1加入四口瓶中,一次性加入氯丙烯,反应4～6h,温度控制为50～60℃,得到晶状DADMAC，然后配成80%的溶液。

（3）磁性污泥深度脱水改性剂的制备

取质量百分数为0.02%的阴离子聚丙烯酰胺250～300mL于三口烧瓶中，30℃下边搅拌边加入80～100g纳米磁性Fe₃O₄，反应1～1.5h，然后加入200～250mL质量百分数为80%的DADMAC溶液，反应1~2h，在强磁场下静置冷却，得到磁性污泥脱水改性剂微球。

一般水溶液中，铁氧化物的表面呈现正电荷，而阴离子聚丙烯酰胺带负电荷，因此在库仑力的作用下两者相互吸引，使得阴离子PAM附着在Fe₃O₄表面，完成第一次包裹。由于阴离子PAM包裹Fe₃O₄的过程中两者发生配体交换，从而使其具有水溶性。第二次包裹是通过DADMAC来完成的，主要是为了使磁性颗粒具有深度污泥改性的能力。DADMAC为高电荷密度的阳离子单体，具有良好的亲水性，在水中电离后能跟磁性颗粒很好地吸附,形成稳定的DADMAC离子的单分子吸附层，这样就形成了具有深度脱水功能的磁性污泥改性剂。

本发明制备的磁性Fe₃O₄为纳米级，易被DADMAC包裹，保证反应完全。本发明的制备过程简单，成本均较低，所用试剂均为常用产品，并且由于含有磁性纳米粒子Fe₃O₄，使得脱水效果优于一般改性剂。本发明的磁性污泥改性剂在使用时，可以在污泥脱水过程末端设置强磁场，用于分离回收磁性改性剂微球，使其可以二次利用，降低成本。

具体实施方式

实施例一：

通过以下步骤来制备磁性污泥深度脱水改性剂：

(1)将Fe²⁺和Fe³⁺按1:1溶于水，50℃下水浴搅拌30min，然后加入过量的NaOH溶液，使pH为11，保持30min；在磁力搅拌器上搅拌2h，进而在强磁场下静置冷却24h，倒掉上清液，然后再烘箱中80℃干燥，得到纳米Fe₃O₄磁性粒子；

（2）取500mL二甲胺加于四口瓶中,每5min通过滴液漏斗滴加氯丙烯,再过30s 后立即滴加质量百分数为40%的NaOH, 5h内滴完,将反应产物倒入分液漏斗,静置 20min 后, 取上层油相倒入烧杯,称量,再取固体NaOH放入烧杯吸水纯化叔胺, 然后把丙酮与叔胺按体积比2:1加入四口瓶中,一次性加入氯丙烯,反应4h,温度控制为50℃,得到晶状DADMAC，然后配成80%的溶液；

（3）取质量百分数为0.02%的阴离子聚丙烯酰胺250mL于三口烧瓶中，30℃下边搅拌边加入80g纳米磁性Fe₃O₄，反应1h，然后加入200mL质量百分数为80%的DADMAC溶液，反应1h，在强磁场下静置冷却，得到磁性污泥深度脱水改性剂微球。

    用制得的磁性污泥深度脱水改性剂微球处理含水率为90%的造纸污泥，处理后污泥的含水率为60%，有效降低了污泥的含水量，便于后续处理。

Claims (4)

1.一种磁性污泥深度脱水复合改性剂制备方法，其特征在于，以纳米磁性Fe₃O₄、阴离子聚丙烯酰胺（PAM）和二甲基二烯丙基氯化铵（DADMAC）为原料制成，具体制备方法为：取质量百分数为0.02%的阴离子聚丙烯酰胺300mL于三口烧瓶中，30℃下边搅拌边加入100g纳米磁性Fe₃O₄，反应1h，然后加入200mL质量百分数为80%的DADMAC溶液，反应1~2h，在强磁场下静置冷却，得到磁性污泥脱水改性剂微球。

2.如权利要求书1所述的一种磁性污泥深度脱水复合改性剂制备方法，其特征在于，所述的纳米磁性Fe₃O₄制备方法为：首先将Fe²⁺和Fe³⁺按1:1溶于水，50℃下水浴搅拌30min，然后加入过量的NaOH溶液，使pH为11，保持30min；在磁力搅拌器上搅拌2h，进而在强磁场下静置冷却24h，倒掉上清液，然后再烘箱中80℃干燥，得到纳米Fe₃O₄磁性粒子。

3.如权利要求书1所述的一种磁性污泥深度脱水复合改性剂制备方法，其特征在于，所述的二甲基二烯丙基氯化铵（DADMAC）的制备方法为：取500mL二甲胺加于四口瓶中,每5min通过滴液漏斗滴加氯丙烯,再过30s 后立即滴加质量百分数为40%~50%的NaOH, 5h内滴完,将反应产物倒入分液漏斗,静置 20min 后, 取上层油相倒入烧杯,称量,再取固体NaOH放入烧杯吸水纯化叔胺, 然后把丙酮与叔胺按体积比2:1加入四口瓶中,一次性加入氯丙烯,反应4～6h,温度控制为50～60℃,得到晶状DADMAC，然后配成80%的溶液。

4.一种磁性污泥深度脱水复合改性剂，其特征在于，利用权利要求1、2或3所述磁性污泥深度脱水复合改性剂制备方法得到的磁性污泥深度脱水复合改性剂。