CN105565459B - 一种聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂及其制备方法 - Google Patents

一种聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂及其制备方法,它采用造纸行业中产生的造纸污泥为原料,先合成一种胺化聚合物,然后与无机混凝剂聚合氯化铁进行复合,制得聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂,所得絮凝剂用于处理模拟染料水样时,投加量在5mg/L时,对分散黄水样的色度去除率可达95%以上,同时对不同酸碱度条件下的水样以及其他多种水样,均具有良好的混凝效果,降低反应池和沉淀池的基建成本,带电性强,混凝效率高,溶解性能好,储存周期长,适用于给水、废水处理等领域。适合水处理实际应用。

Description

一种聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂及其制 备方法
技术领域
本发明涉及一种聚合氯化铁—造纸污泥基胺化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
混凝沉降法是目前国内外常用的水处理及水体净化技术,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、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。常见的混凝剂主要包括铝盐和铁盐,但铝系混凝剂被证明在使用中存在残余铝神经毒性问题,而铁盐则因为低毒性且在一定程度上改善生物处理的活性污泥和生物膜性能得到了越来越广泛的应用。但单独使用无机铁盐也存在架桥作用弱、适用范围窄和投加量偏高、污泥产生量大的问题。研究表明,有机高分子助凝剂的协助下,形成的絮体粒度大,抗剪切能力较强,絮体相应的沉降性能也较好。因此有关新型、绿色的高分子助凝剂开发及无机-有机混凝方式的相关研究受到了人们的关注。
造纸污泥是造纸过程中废水处理的终端产物,其年产量大、成分复杂、含水率高等特点都增加其处理处置的难度。目前国内外对造纸污泥处理处置的主要研究方向是将其资源化利用,国内一般选用焚烧、填埋的方式进行处理,但易造成二次污染。另外,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。从造纸污泥回收的木质素,具有良好的理化性能,是一种重要的工业原料。因此,有效利用木质素不仅能使造纸废料得到有效治理,而且还能带来可观的经济和环境效益。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。
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,COD去除率可达35%,总氮去除率可达50%以上。该产品对合成温度要求较高,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。
经检索,以造纸污泥为原料制备胺化有机絮凝剂并与铁系混凝剂制备复合絮凝剂尚未见相关文献报道。
发明内容:
针对现有技术的不足,本发明提供一种聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂,可有效提高混凝效果,并为造纸行业的造纸污泥实现废物资源化,实现以废治废,减轻了环境压力。
本发明还提供一种聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂的制备方法。
原料说明:
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5~10wt%,含水率5wt%,其余为泥土、沙粒及多种无机盐杂质。
造纸污泥基胺化聚合物简称LNF,聚合氯化铁简称PFC。
发明概述:
本发明采用造纸行业中产生的造纸污泥为原料,先合成一种胺化聚合物,然后与无机混凝剂聚合氯化铁进行复合,制得一种新型复合絮凝剂,该絮凝剂不限于造纸污泥成分、溶解性好、混凝效率高、储存时间长。
本发明的技术方案如下:
一种聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂,是将造纸污泥中的木质素直接粗提并进行胺化,制备造纸污泥基胺化聚合物,然后将其与聚合氯化铁溶液混合制备而成,聚合氯化铁溶液中Fe的总质量浓度为8~12g/L;其中,造纸污泥基胺化聚合物与聚合氯化铁溶液中Fe的质量比为1:(1~4),复合絮凝剂的电位为+20~33mV,粘度为1.08~1.35mPa·s,分子量为450~800KDa。
上述造纸污泥基胺化聚合物为阳离子型高分子聚合物,混合制备而成的复合絮凝剂可储存30d以上。
上述聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂的制备方法,包括步骤如下:
(1)聚合氯化铁的制备
称取FeC13·6H20固体溶解于蒸馏水水中,逐滴加入碱性溶液,控制碱化度OH-:Fe3+的摩尔比为(0.25~1.5):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的总质量浓度为8~12g/L;制得聚合氯化铁溶液;
(2)造纸污泥基胺化聚合物的制备
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6.0~8.0;
向反应器中加入N,N-二甲基甲酰胺搅拌混合,立即加入与N,N-二甲基甲酰胺等体积的环氧氯丙烷,所述造纸污泥的质量与N,N-二甲基甲酰胺体积的比为2:(8~10),单位:g/ml,于60~80℃水浴中搅拌反应0.5~2h;然后滴加乙二胺,造纸污泥与乙二胺质量体积比为2:(3~5),单位:g/ml,继续搅拌反应0.5~2h,保温,最后加入三乙胺,造纸污泥与三乙胺的质量体积比为2:(8~10),单位:g/ml,控制温度在50~80℃,搅拌反应1~5h;
反应结束将所得产品冷却至室温,加入丙酮析出反应产物,真空抽滤,取滤渣干燥,即得造纸污泥基胺化聚合物;
(3)聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂的制备
将步骤(2)制得的造纸污泥基胺化聚合物加入步骤(1)制得的聚合氯化铁溶液中,控制造纸污泥基胺化聚合物LBF与Fe的质量比控制为1:(1~4),常温下搅拌反应1~5h,即得聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂。
根据本发明优选的,步骤(1),FeC13·6H20中Fe:蒸馏水的质量体积比为1:(20~40),单位:g/ml,优选的,Fe:蒸馏水的质量体积比为1:30,单位:g/ml。
根据本发明优选的,步骤(1)中碱性溶液为碳酸钠溶液,碳酸钠溶液的质量浓度为15g/L。
根据本发明优选的,步骤(1)中碱化度OH-:Fe3+的摩尔比为(0.5~1):1。
根据本发明优选的,步骤(1)中稳定剂Na2HPO4·12H20的加入量以磷计与铁摩尔比为0.08:1。
根据本发明优选的,步骤(2)中造纸污泥质量与N,N-二甲基甲酰胺体积的比为2:(8~9),单位:g/ml,造纸污泥与乙二胺质量体积比为2:4,单位:g/ml,造纸污泥与三乙胺的质量体积比为2:(8~9),单位:g/ml。
根据本发明优选的,步骤(2)中NaOH溶液的浓度为1mol/L。
根据本发明优选的,步骤(2)中反应温度为60~70℃,滴加乙二胺后反应时间1h,滴加三乙胺后反应时间为2h。
根据本发明优选的,步骤(2)中造纸污泥质量与丙酮体积的比为2:(150~200),单位:g/ml。
根据本发明优选的,步骤(2)中真空干燥温度为40~60℃,干燥时间为2~5h。
根据本发明优选的,步骤(3)中造纸污泥基胺化聚合物LNF与Fe的质量比为1:(3~4),搅拌反应时间为2~3h。
本发明优选的一个技术方案,聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂的制备方法,包括步骤如下:
(1)聚合氯化铁的制备
称取24.1g的FeC13·6H20固体并溶解于去离子水中,逐滴加入含有1.2~9.6gNa2CO3溶液,控制碱化度OH-:Fe3+的摩尔比为(0.25~1.5):1,在磁力搅拌作用下至完全溶解,待泡沫消失后,按照磷、铁摩尔比为0.08:1的比例加入稳定剂1.27g的Na2HPO4·12H20粉末,继续搅拌至完全溶解,最后用蒸馏水稀释定容至500ml,制得Fe的质量浓度为10g/L的聚合氯化铁溶液;
(2)造纸污泥基胺化聚合物的制备
将造纸污泥2.0g加入去离子水50ml中,搅拌下滴加1mol/L的NaOH溶液,控制pH为11.5,以200rpm的转速搅拌20min,得到的混合物以10000rpm的速度离心10min,取上清液,倒入反应器中,调节pH为6.5~7.0;
向反应器中加入8ml的N,N-二甲基甲酰胺和8ml的环氧氯丙烷,在60℃水浴中,以200rpm的速度搅拌反应1h;然后滴加乙二胺3~4ml,继续搅拌反应1h,温度维持在60℃,最后加入8~9ml三乙胺,温度保持不变,并搅拌反应1~3h;
反应结束后,冷却至室温,加入150~200ml丙酮析出反应产物,加压0.015MPa真空抽滤,取滤渣干燥3h,即得造纸污泥基胺化聚合物;
(3)聚合氯化铁-造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂的制备
取步骤(2)制得的造纸污泥基胺化聚合物0.25~1g加入步骤(1)制得的100ml的聚合氯化铁溶液中,常温下搅拌反应2~3h,即得聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂。
上述聚合氯化铁—造纸污泥基聚合物复合絮凝剂的应用,用于给水、废水处理领域,适用pH为5~10,混合絮凝剂投加量为4~8mg/L,优选的,絮凝剂投加量为5mg/L,混凝沉淀时间为5~10min,优选的,混凝沉淀时间为7.5min。
本发明方法制备的产品属于聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂,经测定,电位为+20~33mV,带电性强,混凝效率高,溶解性能好,储存周期长,适用于给水、废水处理等领域。经处理分散黄RGFL模拟水样实验测试,本发明所得的絮凝剂投加量为5mg/L时,脱色率可达95%以上。且对不同酸碱度条件下的水样以及其他多种水样,均具有良好的混凝效果。更为详细的内容将在以下实施例中加以说明。
本发明利用的是造纸污泥中的碱木质素,进行胺化反应引入阳离子基团进行改性,合成一种阳离子型有机聚合物,并与无机混凝剂聚合氯化铁进行复合制备一种新型絮凝剂与现有技术相比,本发明的优良效果在于:
1.本发明的方法达到了废物资源化的效果,不仅减少了固体废弃物的排放,而且以废治废,为造纸行业的健康发展提供了新的思路。
2.本发明的絮凝剂产品对原材料造纸污泥的成分没有任何要求,生产工艺简单,设备需求少,使用范围广,易于实现工业化生产。同时解决了现有复合絮凝剂溶解性差的缺点,可在短时间内完全溶解,提高混凝效率,且液体产品的储存时间长,不易变质,适合工业化应用。且该复合产品也有限降低混凝过程中的慢搅和沉淀时间,降低反应池和沉淀池的基建成本,适合水处理实际应用。
3.本发明的絮凝剂产品正电性高,结合位点多,分子链长,絮凝效率较高,投加量在5mg/l左右,就可使脱色去除率可达95%以上,且对不同酸碱度条件下的水样以及其他多种水样,均具有良好的混凝效果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明,但不限于此。
实施例中使用的原料造纸污泥是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5~10wt%,含水率5wt%,其余为泥土、沙粒及多种无机盐杂质。
实施例1.不同碱化度的复合絮凝剂(PFC-LNF)的制备
(1)称取24.1g的FeC13·6H20固体并溶解于去离子水中,逐滴加入Na2CO3溶液,控制OH-:Fe3+的摩尔比为0.25、0.5、1.0、1.5,在磁力搅拌作用下至完全溶解,待泡沫消失后,按照磷、铁摩尔比为0.08的比例加入稳定剂1.27g的Na2HPO4·12H20粉末,继续搅拌至完全溶解,最后用蒸馏水稀释定容至500ml,制得Fe的质量浓度为10g/L的聚合氯化铁溶液;
(2)将造纸污泥2.0g加入去离子水50ml中,搅拌下滴加1mol/L的NaOH溶液,控制pH为11.5,以200rpm的转速搅拌20min,得到的混合物以10000rpm的速度离心10min,取上清液,倒入反应器中,调节pH为7.0;向反应器中加入8ml的N,N-二甲基甲酰胺和8ml的环氧氯丙烷,在60℃水浴中,以200rpm的速度搅拌反应1h;然后滴加乙二胺4ml,继续搅拌反应1h,温度维持在60℃,最后加入8ml三乙胺,温度保持不变,并搅拌反应2h;反应结束后,冷却至室温,加入150ml丙酮析出反应产物,加压0.015MPa真空抽滤,取滤渣鼓风干燥3h,即得造纸污泥基胺化聚合物;
(3)取步骤(2)制得的造纸污泥基胺化聚合物0.33g(简称LNF)加入步骤(1)制得的100ml的聚合氯化铁溶液中,常温下搅拌反应2h,即得不同碱化度的聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂的四个产品。
实施例2.不同乙二胺添加量的复合絮凝剂(PFC-LNF)的制备
与实施例1所述相同,所不同的是无水碳酸钠的添加量为2.4g,步骤(2)乙二胺的添加量分别为2ml、3ml、4ml、5ml,即得不同乙二胺添加量的复合絮凝剂产品。
实施例3.不同三乙胺添加量的复合絮凝剂(PFC-LNF)的制备
与实施例2所述相同,所不同的是乙二胺添加量为4ml,步骤(2)中三乙胺添加量分别是7ml、8ml、9ml、10ml,即得不同三乙胺添加量的复合絮凝剂产品。
实施例4.不同Fe与LNF质量比的复合絮凝剂(PFC-LNF)的制备
与实施例3所述相同,所不同的是三乙胺添加量固定为8ml,步骤(3)中Fe与LNF质量比分别确定为1:1、1:2、1:3、1:4,即分别投加1g、0.5g、0.33g、0.25g的LNF溶解于100ml的PFC溶液中,即得不同不同Fe与LNF质量比的复合絮凝剂产品。
实施例5.不同混合反应时间的复合絮凝剂(PFC-LNF)的制备
与实施例4所述相同,所不同的是投加0.33g的LNF溶解于100ml的PFC中,步骤(3)中的混合反应时间为1h、2h、3h、4h,即得不同混合反应时间的复合絮凝剂产品。
应用试验:
模拟染料水样的制备:
称取0.1g的分散黄RGFL染料,加入至1L的自来水中,持续搅拌至染料完全溶解,即配成100mg/L的模拟分散黄水样。测定波长为445nm,最大吸光度为1.400~1.500。
称取0.1g的直接黄K-4G染料,加入至1L的自来水中,持续搅拌至染料完全溶解,即配成100mg/L的模拟活性翠兰水样。测定波长为400nm,最大吸光度为1.450~1.550。
高岭土悬浊液的制备:
称取50mg的高岭土及50mmol/L的NaHCO3,加入1L的自来水中持续搅拌0.5h,既得高岭土悬浮液。
以本发明的产品做絮凝剂处理模拟水样,投加量以Fe的质量浓度(mg/L)计,最后出水处理效果以色度(吸光度)去除率(%)、溶解性有机碳(DOC)以及浊度去除率(%)来表示。
应用实例1:将上述实施例1制备的聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物(PFC-LNF)应用于模拟分散黄RGFL染料水样的处理,处理效果列于下表1。
表1模拟分散黄染料水样的色度去除率(%)
碱化度的改变会影响铁离子在水中的水解形态,随着碱化度的上升,铁离子更易水解为聚合态的水解产物,从而提高网捕卷积以及电中和作用,因此随着碱化度的升高,产品的脱色率有所增加。但当碱化度大于1.0时,过多的OH-容易促使Fe(III)沉淀,从而降低产品的使用周期。从上表可看出,碱化度在0.5~1.0时,混凝效果较好。考虑到经济成本,碱化度优选为0.5。
应用实例2:将上述实施例2制备的聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物(PFC-LNF)应用于模拟分散黄RGFL染料水样的处理,处理效果列于下表2。
表2模拟分散黄染料水样的色度去除率(%)
乙二胺的主要作用是交联剂,其投加量会在一定程度上影响混凝效果,由以上数据可以看出,本发明以4ml为最优投加量,过高的添加量对混凝剂的品质无明显的提升效果。
应用实例3:将上述实施例3制备的聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物(PFC-LNF)应用于模拟分散黄RGFL染料水样的处理,处理效果列于下表3。
表3模拟分散黄染料水样的色度去除率(%)
三乙胺的主要作用是与造纸污泥中的木质素分子相结合引入阳离子性的胺基团,从而改变化学药剂的带电性,可使之与聚合氯化铁结合。综合上表来看,三乙胺的量维持在8ml时,混凝效果最好,过高或过低都会降低混凝效果。
应用实例4:将上述实施例4制备的聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物(PFC-LNF)应用于模拟分散黄RGFL染料水样的处理,处理效果列于下表4。
表4模拟分散黄染料水样的色度去除率(%)
从上表可以看出,添加更多的LNF可以有效地提高混凝效果,但是随着LNF投加量的增加,步骤(3)中的混合反应时间增加,水处理成本也相应地升高。结合经济成本,PFC与LNF的质量比优选为3:1,LNF添加量优选为0.33g。
应用实例5:将上述实施例5制备的聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物(PFC-LNF)应用于模拟分散黄RGFL染料水样的处理,处理效果列于下表5。
表5模拟分散黄染料水样的色度去除率(%)
由于造纸污泥基絮凝剂相比较于传统高分子絮凝剂,溶解性较好,可以有效地降低与无机盐的混合反应时间。当混合时间过短时,混合不彻底,影响混凝效果;当混合时间多长时,容易造成无机盐的水解产物或者造纸污泥基聚合物的分解,从而降低混凝效率,综上表数据可知,混合反应时间优选为2h。
应用实例6:将以上实施例1制备的优选后的聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物(PFACl-LNF),也即OH-:Fe3+的摩尔比为0.5制得的聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物混合絮凝剂,用于不同pH条件下模拟染料水样的处理,投加量固定为5mg/L,并与PFC及LNF进行对比混凝效率,处理效果列于下表6。
表6模拟分散黄染料水样的色度去除率(%)
从上表可看,在pH范围5-10之间,PFC的混凝效果受pH的影响最大。PFC-LBF受pH的影响较小。且PFC-LNF的脱色率远高于其他两种化学药剂,这也在一定程度上扩大了PFC-LNF的应用范围。
应用实例7:将以上实施例1制备的优选后的聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物(PFC-LNF),也即OH-:Fe3+的摩尔比为0.5制得的聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物混合絮凝剂,用于不同pH条件下模拟直接黄K-4G染料水样的处理,投加量固定为5mg/L,并与PFC及LNF进行对比混凝效率,处理效果列于下表7。
表7模拟直接黄K-4G染料水样的色度去除率(%)
从上表可以看出,对比与PFC及LNF两种药剂,PFC-LNF对直接黄K-4G废水仍具有良好的脱色效果,脱色率最高可提高56%,且在试验的pH条件区间内,在过酸过碱条件下,仍具有较高的混凝效果。整体来看,脱色率的波动范围小,稳定高。
应用实例8:将以上实施例1制备的优选后的聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物(PFC-LNF),也即OH-:Fe3+的摩尔比为0.5制得的聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物混合絮凝剂,用于不同pH条件下模拟高岭土水样的处理,投加量固定为5mg/L,混凝沉淀时间为15min,并与PFC及LNF进行对比混凝效率,处理效果列于下表8。
表8不同pH条件下高岭土水样的浊度去除率(%)
PFC-LNF在各pH条件下均可以提供吸附架桥、电中和作用,可与高岭土结合、团聚并进一步去除。PFC受pH影响较大,且PFC与LNF的混凝效率有限。从上表可知,相比较于PFC及LNF来说,PFC-LNF的混凝效果随pH的变化区间较小,而且显著提高浊度去除率。
应用实例9:将以上实施例1制备的优选后的聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物(PFC-LNF),也即OH-:Fe3+的摩尔比为0.5制得的聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物混合絮凝剂,用于不同pH条件下模拟高岭土水样的处理,投加量固定为5mg/L,改变沉淀时间,并与PFC及LNF进行对比混凝效率,处理效果列于下表9。
表9不同沉淀时间条件下高岭土水样的浊度去除率(%)
从上表可知,PFC-LNF混凝出水形成的絮体在7.5min即可自然沉降,去除率趋于稳定,但对PFC来说,平衡时间为15min,对LNF时间更长,20min以上才能保证絮体的有效沉降。相对较短的沉淀时间,可以有效降低沉淀池的容积,降低基建成本。

Claims (8)

1.一种聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂,是将造纸污泥中的木质素直接粗提并进行胺化,制备造纸污泥基胺化聚合物,然后将其与聚合氯化铁溶液混合制备而成,聚合氯化铁溶液中Fe的总质量浓度为8~12 g/L;其中,造纸污泥基胺化聚合物与聚合氯化铁溶液中Fe的质量比为1:(1~4),复合絮凝剂的电位为+20~33mV,粘度为1.08~1.35mPa•s,分子量为450~800 KDa;
制备方法,包括步骤如下:
(1)聚合氯化铁的制备
称取FeC13•6H20固体溶解于蒸馏水水中,逐滴加入碱性溶液,控制碱化度OH-:Fe3+的摩尔比为(0.25~1.5):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的总质量浓度为8~12g/L;制得聚合氯化铁溶液;
(2)造纸污泥基胺化聚合物的制备
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6.0~8.0;
向反应器中加入N,N-二甲基甲酰胺搅拌混合,立即加入与N,N-二甲基甲酰胺等体积的环氧氯丙烷,所述造纸污泥的质量与N,N-二甲基甲酰胺体积的比为2:(8~10),单位:g/ml,于60~80℃水浴中搅拌反应0.5~2 h;然后滴加乙二胺,造纸污泥与乙二胺质量体积比为2:(3~5),单位:g/ml,继续搅拌反应0.5~2 h,保温,最后加入三乙胺,造纸污泥与三乙胺的质量体积比为2:(8~10),单位:g/ml,控制温度在50~80℃,搅拌反应1~5 h;
反应结束将所得产品冷却至室温,加入丙酮析出反应产物,真空抽滤,取滤渣干燥,即得造纸污泥基胺化聚合物;
(3)聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂的制备
将步骤(2)制得的造纸污泥基胺化聚合物加入步骤(1)制得的聚合氯化铁溶液中,控制造纸污泥基胺化聚合物LBF与Fe的质量比控制为1:(3~4),常温下搅拌反应2~3 h,即得聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂。
2.根据权利要求1所述的聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂,其特征在于,步骤(1),FeC13•6H20中Fe:蒸馏水的质量体积比为1:(20~40),单位:g/ml。
3.根据权利要求1所述的聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂,其特征在于,步骤(1)中碱性溶液为碳酸钠溶液,碳酸钠溶液的质量浓度为15 g/L;碱化度OH-:Fe3+的摩尔比为(0.5~1):1;步骤(1)中稳定剂Na2HPO4•12H20的加入量以磷计与铁摩尔比为0.08:1。
4.根据权利要求1所述的聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂,其特征在于,步骤(2)中造纸污泥质量与N,N-二甲基甲酰胺体积的比为2:(8~9),单位:g/ml,造纸污泥与乙二胺质量体积比为2:4,单位:g/ml,造纸污泥与三乙胺的质量体积比为2:(8~9),单位:g/ml。
5.根据权利要求1所述的聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂,其特征在于,步骤(2)中NaOH溶液的浓度为1mol/L;反应温度为60~70℃,滴加乙二胺后反应时间1h,滴加三乙胺后反应时间为2 h。
6.根据权利要求1所述的聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂,其特征在于,造纸污泥质量与丙酮体积的比为2:(150~200),单位:g/ml,真空干燥温度为40~60℃,干燥时间为2~5 h。
7.根据权利要求1所述的聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂,其特征在于,制备方法,包括步骤如下:
(1)聚合氯化铁的制备
称取24.1 g的FeC13•6H20固体并溶解于去离子水中,逐滴加入含有1.2~9.6 g Na2CO3溶液,控制碱化度OH-:Fe3+的摩尔比为(0.25~1.5):1,在磁力搅拌作用下至完全溶解,待泡沫消失后,按照磷、铁摩尔比为0.08:1的比例加入稳定剂1.27 g 的Na2HPO4•12H20粉末,继续搅拌至完全溶解,最后用蒸馏水稀释定容至500 ml,制得Fe的质量浓度为10 g/L的聚合氯化铁溶液;
(2)造纸污泥基胺化聚合物的制备
将造纸污泥2.0g加入去离子水50 ml中,搅拌下滴加1mol/L的NaOH溶液,控制pH为11.5,以200 rpm的转速搅拌20 min,得到的混合物以10000 rpm的速度离心10 min,取上清液,倒入反应器中,调节pH为6.5~7.0;
向反应器中加入8ml的N,N-二甲基甲酰胺和8ml的环氧氯丙烷,在60℃水浴中,以200rpm的速度搅拌反应1 h;然后滴加乙二胺3~4ml,继续搅拌反应1 h,温度维持在60 ℃,最后加入8~9 ml三乙胺,温度保持不变,并搅拌反应1~3 h;
反应结束后,冷却至室温,加入150~200ml丙酮析出反应产物,加压0.015MPa真空抽滤,取滤渣干燥3 h,即得造纸污泥基胺化聚合物;
(3)聚合氯化铁-造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂的制备
取步骤(2)制得的造纸污泥基胺化聚合物0.25~1 g加入步骤(1)制得的100 ml的聚合氯化铁溶液中,常温下搅拌反应2~3 h,即得聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂。
8.权利要求1所述的聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂的应用,用于给水、废水处理领域,适用pH为5~10,复合絮凝剂投加量为4~8mg/L,混凝沉淀时间为5~10min。
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