CN105126719A

CN105126719A - 一种煤泥水絮凝剂的制备方法

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Publication number: CN105126719A
Application number: CN201510446049.4A
Authority: CN
Inventors: 宫铭
Original assignee: Xian University of Science and Technology
Current assignee: Xian University of Science and Technology
Priority date: 2015-07-27
Filing date: 2015-07-27
Publication date: 2015-12-09

Abstract

本发明公开了一种煤泥水絮凝剂的制备方法，将对苯乙烯磺酸钠接枝聚合到粉煤灰表面上，以此制备煤泥水絮凝剂。本发明将含有磺酸基的对苯乙烯磺酸钠单体加入到粉煤灰的分散液中，通入氮气保护，再加入一定量的引发剂，在一定温度下进行聚合反应。反应结束后，用滤纸过滤，然后依次用乙醇、蒸馏水洗涤，即可制备煤泥水絮凝剂。这种制备方法简单、条件温和，为提高粉煤灰的综合利用以及改善其材料表面及吸附性能提供了一种新的途径。这种煤泥水絮凝剂将在煤泥水、洗煤水及其它污水处理领域具有广阔的应用前景。

Description

一种煤泥水絮凝剂的制备方法

技术领域

本发明属于材料表面科学和功能高分子材料技术领域，具体涉及絮凝剂的制备方法及净化污水的处理方法。

背景技术

粉煤灰是一种人工火山灰质混合材料，主要是以燃煤为原料的火力发电厂排出的固体废弃物，简称飞灰。粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃、CaO、TiO₂等。粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。粉煤灰作为电力工业固体废料的一种，其危害主要有以下几个方面：

侵占土地：我国粉煤灰排放量逐年增加，据统计，截至2002年底我国粉煤灰渣堆贮量己高达12.5亿吨，造成了土地资源的极大浪费。

污染土壤：粉煤灰中微量元素进入土壤，使土壤组成、结构和功能等均会发生变化，可导致土壤资源枯竭和破坏。

污染水体：粉煤灰随天然降水地表径流或随风进入河流、湖泊会污染地面水，并随渗沥水渗透进入地下水，使使水体pH值升高，有毒有害的Cr、As等元素增加。

污染大气：由于粉煤灰颗粒微细，露天堆放时会在风力作用下将表层灰剥离扬起，扬灰高度可达40～50m，不仅影响能见度，而且在潮湿环境中粉尘的聚集会破坏建筑物、自然景观等形貌。

危害人类健康：粉煤灰对水资源、土壤以及空气的污染直接影响到人们生活.长期生活在高粉尘环境中的居民，鼻咽炎、上呼吸道感染等发病率较高。粉煤灰中的放射性元素还会被植物吸收，进而通过食物链进入人体。

粉煤灰因其还有多孔玻璃体，多孔碳粒，呈多孔性蜂窝组织，比表面积大，同时还具有活性基因，吸附活性高，因此多用粉煤灰做吸附剂处理废水。但由于粉煤灰吸附容量不高，对其进行改性。因此近年来我国对粉煤灰的研究主要趋向与粉煤灰粉煤灰因其还有多孔玻璃体，多孔碳粒，呈多孔性蜂窝组织，比表面积大，同时还具有活性基因，吸附活性高，因此多用粉煤灰做吸附剂处理废水。但由于粉煤灰吸附容量不高，对其进行改性。因此近年来我国对粉煤灰的研究主要趋向与粉煤灰改性的研究。粉煤灰的改性主要是对粉煤灰进行物理的或化学的处理，以改变粉煤灰表面和微孔的粗糙度，增加比表面积，提高其吸附性能。目前采用较多的粉煤灰的改性方法有：酸改性、碱改性、盐改性、表面活性剂改性、阳离子改性和偶联剂改性等。

煤泥水主要是指混杂有有大量煤粉和泥土的污水，水中的煤泥一般粒径都小于0.5mm。煤泥水是选煤过程重要的工作介质，同时也是煤炭湿法加工过程产生的工业废水。在选煤工艺中煤泥水处理涉及面广、投资大，难于管理。煤泥水特别稳定，静置几个月也不会自然沉降，处理非常困难。为了满足煤泥水闭路循环的水质要求，防止煤泥水闭路循环过程中水质的恶化，保护环境，煤泥水的处理技术研究也愈显必要。煤矿煤泥水由于原煤性质的差异，它们的性质也存在一定的差异和共性。

在这种形势背景下，传统工艺生产出来的改性粉煤灰已满足不了市场的需求以及一些恶劣环境下的特殊用途。因此，迫切需要针对应用的要求，采取切实可行的新方法完善或提高粉煤灰的性能。众所周知，材料表面是材料与外界接触的媒介，表面的电荷、亲/疏水性、化学组成、形貌等是影响材料与外界之间相互作用进而决定性能是否优异的主要因素。因此，对粉煤灰表面进行改性是改善其吸附性能的关键，具有重要的学术意义和巨大的应用前景。

粉煤灰的综合利用是一个极其重要的突破口。粉煤灰的综合开发利用是固体废弃物处理的一个主要方面，开发利用好粉煤灰，不仅能源有效解决环境污染问题，而且能够变费为宝，为我国的经济发展提供一个新的增长点。充分利用各方面的条件，千方百计抓好粉灰的综合利用，大大减少对环境的污染。粉煤灰作为一种新型、略经预加工处理的吸附剂，其原料来源广泛，价格低廉，操作简单，并具有以废治废、节约资源和经济高效等优点，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对上述粉煤灰改性技术的不足，提供一种煤泥水絮凝剂的制备方法，该制备方法简单、条件温和，为提高粉煤灰的综合利用以及改善其材料表面及吸附性能提供了一种新的途径。这种煤泥水絮凝剂将在煤泥水、洗煤水及其它污水处理领域具有广阔的应用前景。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种煤泥水絮凝剂的制备方法，将含有磺酸基的对苯乙烯磺酸钠单体加入到粉煤灰的分散液中，通入氮气保护，再加入一定量的引发剂，在一定温度下进行聚合反应。反应结束后，用滤纸过滤，然后依次用乙醇、蒸馏水洗涤，即可制备煤泥水絮凝剂。在常温下，将该絮凝剂加入到煤泥水中，混合均匀后，再放置一段时间，可以将煤泥水中煤粒絮凝沉淀，达到净化煤泥水的目的。

上述的方法，所述溶剂为蒸馏水，引发剂为过硫酸钾，聚合温度为60～80℃，聚合时间为12～24h。所用过硫酸钾引发剂的用量约为单体总质量的0.5～2.5％。

上述的方法，所述含有磺酸基的对苯乙烯磺酸钠单体与粉煤灰的质量比约为0.3:1～0.05:1。

上述的方法，所述依次用絮凝剂质量2～5倍的乙醇、蒸馏水洗涤除去未反应的单体及杂质。

所述净化煤泥水絮凝剂用量为0.2～12.0mg/mL，放置时间为20～30min。

本发明以含有磺酸钠基团的对苯乙烯磺酸钠单体和粉煤灰为原料，采用悬浮自由基聚合法制备煤泥水絮凝剂。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明煤泥水絮凝剂的制备方法简单、条件温和，为在煤炭综合利用固体废弃物处理以及煤泥水危害治理提供了一种新的途径。

2、本发明煤泥水絮凝剂将在煤泥水、洗煤水及其它污水处理领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是粉煤灰和改性粉煤灰的红外光谱图。

图2是粉煤灰和改性粉煤灰的热重分析图。

图3是粉煤灰(A)和改性粉煤灰(B)的扫描电镜图。

图4是本发明絮凝剂的净化煤泥水的效果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

实施例1

称取1g粉煤灰和0.1g对苯乙烯磺酸钠，用50mL蒸馏水分散混合均匀。在N₂保护，70℃搅拌条件下，向三颈瓶中加入单体的混合液，预热30min后，再称取0.002g过硫酸钾加入到上述混合液中继续反应24h，反应结束后，用滤纸过滤，然后依次用乙醇、蒸馏水洗涤；最后，将过滤后的样品在50℃下冷冻干燥，可制备煤泥水絮凝剂。

如图1所示，本实施例煤泥水絮凝剂的红外光谱图。与粉煤灰相比，改性粉煤灰在3400、1600和1100cm^-1处有明显的出峰，这些特征峰是对苯乙烯磺酸钠的特征峰，这就说明已经将对苯乙烯磺酸钠单体接枝聚合在粉煤灰表面。

如图2所示，本实施例煤泥水絮凝剂的热重分析图。与粉煤灰相比，改性粉煤灰有明显的失重峰，约为4.3％。这就说明对苯乙烯磺酸钠单体接枝聚合在粉煤灰表面，接枝率约为4.3％。

如图3所示，本实施例煤泥水絮凝剂的扫描电镜图。与粉煤灰相比，改性粉煤灰表面形貌明显不同，这也进一步说明已经将对苯乙烯磺酸钠单体接枝聚合在粉煤灰表面。

在常温下，取改性粉煤灰加入到煤泥水中，配制成改性粉煤灰浓度约为10mg/mL混合溶液。再放置30min后，可以将煤泥水中煤粒絮凝沉淀，达到净化煤泥水的目的。

如图4所示，本实施例煤泥水絮凝剂的净化煤泥水效果图。与煤泥水相比，加入粉煤灰的煤泥水基本没有变化，而加入改性粉煤灰的煤泥水有大量的絮凝现象，这就说明改性后的粉煤灰表面亲水提高有利于与分散在水中的煤粒相互作用，从而凝聚、沉淀，达到净化煤泥水的效果。

实施例2

称取1g粉煤灰和0.2g对苯乙烯磺酸钠，用50mL蒸馏水分散混合均匀。在N₂保护，70℃搅拌条件下，向三颈瓶中加入单体的混合液，预热30min后，再称取0.004g过硫酸钾加入到上述混合液中继续反应24h，反应结束后，用滤纸过滤，然后依次用乙醇、蒸馏水洗涤；最后，将过滤后的样品在50℃下冷冻干燥，可制备煤泥水絮凝剂。

在常温下，取改性粉煤灰加入到煤泥水中，配制成改性粉煤灰浓度约为5mg/mL混合溶液。再放置20min后，可以将煤泥水中煤粒絮凝沉淀，达到净化煤泥水的目的。

实施例3

称取1g粉煤灰和0.2g对苯乙烯磺酸钠，用50mL蒸馏水分散混合均匀。在N₂保护，70℃搅拌条件下，向三颈瓶中加入单体的混合液，预热30min后，再称取0.004g过硫酸钾加入到上述混合液中继续反应24h，反应结束后，用滤纸过滤，然后依次用乙醇、蒸馏水洗涤；最后，将过滤后的样品在40℃下冷冻干燥，可制备煤泥水絮凝剂。

在常温下，取改性粉煤灰加入到煤泥水中，配制成改性粉煤灰浓度约为5mg/mL混合溶液。再放置30min后，可以将煤泥水中煤粒絮凝沉淀，达到净化煤泥水的目的。

实施例4

称取1g粉煤灰和0.5g对苯乙烯磺酸钠，用50mL蒸馏水分散混合均匀。在N₂保护，70℃搅拌条件下，向三颈瓶中加入单体的混合液，预热30min后，再称取0.010g过硫酸钾加入到上述混合液中继续反应24h，反应结束后，用滤纸过滤，然后依次用乙醇、蒸馏水洗涤；最后，将过滤后的样品在60℃下冷冻干燥，可制备煤泥水絮凝剂。

在常温下，取改性粉煤灰加入到煤泥水中，配制成改性粉煤灰浓度约为0.2mg/mL混合溶液。再放置30min后，可以将煤泥水中煤粒絮凝沉淀，达到净化煤泥水的目的。

实施例5

称取1g粉煤灰和0.2g对苯乙烯磺酸钠，用50mL蒸馏水分散混合均匀。在N₂保护，60℃搅拌条件下，向三颈瓶中加入单体的混合液，预热30min后，再称取0.004g过硫酸钾加入到上述混合液中继续反应24h，反应结束后，用滤纸过滤，然后依次用乙醇、蒸馏水洗涤；最后，将过滤后的样品在50℃下冷冻干燥，可制备煤泥水絮凝剂。

在常温下，取改性粉煤灰加入到煤泥水中，配制成改性粉煤灰浓度约为12mg/mL混合溶液。再放置25min后，可以将煤泥水中煤粒絮凝沉淀，达到净化煤泥水的目的。

实施例6

称取1g粉煤灰和0.5g对苯乙烯磺酸钠，用50mL蒸馏水分散混合均匀。在N₂保护，80℃搅拌条件下，向三颈瓶中加入单体的混合液，预热30min后，再称取0.010g过硫酸钾加入到上述混合液中继续反应24h，反应结束后，用滤纸过滤，然后依次用乙醇、蒸馏水洗涤；最后，将过滤后的样品在50℃下冷冻干燥，可制备煤泥水絮凝剂。

在常温下，取改性粉煤灰加入到煤泥水中，配制成改性粉煤灰浓度约为8mg/mL混合溶液。再放置30min后，可以将煤泥水中煤粒絮凝沉淀，达到净化煤泥水的目的。

以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种煤泥水絮凝剂的制备方法，其特征在于将含有磺酸基的对苯乙烯磺酸钠单体加入到粉煤灰的溶液中，通入氮气保护，再加入一定量的引发剂，在一定温度下进行聚合反应，反应结束后，用滤纸过滤，然后依次用乙醇、蒸馏水洗涤，再真空干燥，即可制备煤泥水絮凝剂，在常温下，将该絮凝剂加入到煤泥水中，混合均匀后，再放置一段时间，可以将煤泥水中煤粒絮凝沉淀，达到净化煤泥水的目的。

2.根据权利要求1所述的一种煤泥水絮凝剂的制备方法，其特征在于所用溶剂为蒸馏水，引发剂为过硫酸钾，聚合温度为60～80℃，聚合时间为12～24h。

3.根据权利要求2所述的一种煤泥水絮凝剂的制备方法，其特征在于所用过硫酸钾引发剂的用量约为单体总质量的0.5～2.5％。

4.根据权利要求1所述的一种煤泥水絮凝剂的制备方法，其特征在于含有磺酸基的对苯乙烯磺酸钠单体与粉煤灰的质量比为0.3:1～0.05:1。

5.根据权利要求1所述的一种煤泥水絮凝剂的制备方法，其特征在于依次用絮凝剂质量2～5倍的乙醇、蒸馏水洗涤除去未反应的单体及杂质。

6.根据权利要求1所述的一种煤泥水絮凝剂的制备方法，其特征在于过滤的样品在40～60℃条件下真空干燥。

7.根据权利要求1所述的的一种煤泥水絮凝剂的制备方法，其特征在于所述净化煤泥水絮凝剂用量为0.2～12.0mg/mL，放置时间为20～30min。