CN108046394A - 一种复合矿物材料絮凝剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合矿物材料絮凝剂的制备方法，以麦饭石、硅藻土、海泡石为原料，用不同浓度的酸性物质对其改性，同时在制备过程中加入引发助剂Zn‑Cr改性牡蛎贝壳粉材料，通过水溶液聚合、物理复配等方法制备出一种粉体状复合矿物材料絮凝剂，本发明制备的复合矿物材料絮凝剂化学性能稳定，用量少，成本低，无二次污染，可重复利用，絮凝效果好，具有很好的推广应用价值。

Description

一种复合矿物材料絮凝剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种絮凝剂，具体涉及一种水处理用的絮凝剂。

背景技术

水资源短缺及水污染问题日益严重，我国七大河流、湖泊、水库和地下水也都受到了各种不同程度的污染，这都导致了我国可利用水资源短缺的情况日益严重，开发新型高效的水处理方法是极为迫切的。水处理方法中的絮凝法是指向待处理水体中加入絮凝剂，从而使水体中的胶粒及污染物脱稳，相互碰撞凝结成絮体，进而利用自然重力沉降达到固液分离的目的。因其具有操作工艺简单、经济高效等优点，絮凝法被广泛应用于水和废水的处理中。絮凝法的核心是絮凝剂。

絮凝剂发展至今按化学成分分类可以分为无机絮凝剂、有机絮凝剂、微生物絮凝剂以及复合絮凝剂四大类型，而以天然黏土矿物为原料制备的复合絮凝剂具有广阔的前景。天然黏土矿物主要是指以含铝、硅、铁、镁等为主的硅酸盐类矿物，大多数呈层片状结构。黏土矿物特征较为明显，具有较大的比表面积、多孔结构为主以及极性较强等特征。这类矿物材料层间包含无机阳离子，可进行离子交换，其中有部分氧原子价裸露在晶体表面上，使其具有特殊的晶体结构。正是这种特殊的晶体结构使黏土矿物具有诸多特性，例如对水中污染物具有较强的吸附性。此外，这类矿物材料还具有脱水性、复水性、膨胀性、离子交换等性能。因此，黏土矿物类絮凝剂有着广阔的发展前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合矿物材料絮凝剂的制备方法，该剂化学性能稳定，用量少，成本低，无二次污染，可重复利用，絮凝效果好，具有很好的推广应用价值。

一种复合矿物材料絮凝剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤:

1）取2.5~22.5重量份LiCl，5~45重量份MgCl₂，加入150重量份去离子水配置成溶液，称取5~45重量份粉碎好的麦饭石矿物材料加入到无机盐混合溶液中，恒温磁力搅拌2~3h，静置后倒去上层清液，用去离子水重复洗涤5次，然后放入干燥箱中烘干得到改性麦饭石矿物材料备用；取10~20重量份硅藻土，按固液比1:4的比例加入40~80重量份60%质量浓度的硫酸，恒温90℃磁力搅拌90min，干燥备用；取5~45重量份海泡石，按固液比1:10加入50~450重量份15%质量浓度硫酸活化，恒温90℃磁力搅拌90min，干燥备用；

2）取9.2重量份十六烷基三甲基溴化铵溶于80重量份无水乙醇中，加入上述干燥的10~20重量份硅藻土、5~45重量份海泡石混合，在60~65℃下磁力搅拌4~5h，再加入上述30重量份改性麦饭石矿物材料和60质量份酸性试剂，磁力搅拌3~4h使其充分接触混合成胶状。将胶状产物转移至三口烧瓶中，在半自动PLC控制导热油炉中350℃下加热1~2h，加入0.1重量份磺酸钠丁二酸二乙酯，0.1重量份碳酸氢钠，0.8重量份丙烯酸乙酯，0.3重量份硫代硫酸钠，28重量份丙烯酰胺，10重量份引发助剂复合金属改性牡蛎贝壳粉材料，70重量份去离子水，在75~80℃下反应0.5h，得到半固型胶状体,向胶状体中加入18重量份的蒸馏水并混合均匀，调节pH为7，加入65份聚合氯化铝，混合均匀后在260℃干燥箱中干燥12h，粉碎研磨至约200目，即为粉末状絮凝剂。

有益效果：本制备方法利用多种无机黏土矿物为原料，利用其自身化学组成的特点，采用无机盐改性、酸改性的方法，制备出复合矿物材料絮凝剂。该絮凝剂在使用期间不会出现黏壁现象，无毒性和腐蚀性，且底物的稳定性很高，对环境和人体十分安全。本发明利用麦饭石、硅藻土和海泡石三种矿物材料，通过化学方法形成高浓度的矿物材料和分散的矿物元素混合体，实现了低成本、无二次污染水体净化。该絮凝剂机理以吸附和中和为主，可中和吸附工业废水中带负电荷的有机或无机悬浮物质，应用过程中产生的絮体较为密实，避免受到巨大剪切力而使絮凝剂失效，且不易上浮，便于与水体的分离，大幅提高污水处理效率。

具体实施方式

实施例1

1）取15重量份LiCl，30重量份MgCl₂，加入150重量份去离子水配置成溶液，称取30重量份粉碎好的麦饭石矿物材料加入到无机盐混合溶液中，恒温磁力搅拌2~3h，静置后倒去上层清液，用去离子水重复洗涤5次，然后放入干燥箱中烘干得到改性麦饭石矿物材料备用；取20重量份硅藻土，按固液比1:4的比例加入80重量份60%质量浓度的硫酸，恒温90℃磁力搅拌90min，干燥备用；取10重量份海泡石，按固液比1:10加入100重量份15%质量浓度硫酸活化，恒温90℃磁力搅拌90min，干燥备用；

2）取9.2重量份十六烷基三甲基溴化铵溶于80重量份无水乙醇中，加入上述干燥的20重量份硅藻土、10重量份海泡石混合，在60~65℃下磁力搅拌4~5h，再加入上述30重量份改性麦饭石矿物材料和60质量份酸性试剂，磁力搅拌3~4h使其充分接触混合成胶状。将胶状产物转移至三口烧瓶中，在半自动PLC控制导热油炉中350℃下加热1~2h，加入0.1重量份磺酸钠丁二酸二乙酯，0.1重量份碳酸氢钠，0.8重量份丙烯酸乙酯，0.3重量份硫代硫酸钠，28重量份丙烯酰胺，10重量份引发助剂复合金属改性牡蛎贝壳粉材料，70重量份去离子水，在75~80℃下反应0.5h，得到半固型胶状体。向胶状体中加入18重量份的蒸馏水并混合均匀，调节pH为7，加入65份聚合氯化铝，混合均匀后在260℃干燥箱中干燥12h，粉碎研磨至约200目，即为粉末状絮凝剂。

上述复合金属改性牡蛎贝壳粉材料制备方法如下：

将NaOH、尿素和去离子水按质量比7:12:81混合成NaOH-尿素水溶液，取100 mL该溶液置于冷却循环水浴锅中预冷到12℃，加入10重量份氯化锌并搅拌10 min，得到透明的溶液后再加入6重量份氯化铬进行搅拌，将搅拌均匀的混合溶液在5000 r/min转速下离心10min，取上清液加入5重量份十六烷基三甲基溴化铵、14重量份牡蛎贝壳粉置于50℃恒温水浴中保温反应4 h后将其移置105℃充氮洁净烘箱中老化处理24 h，得到Zn-Cr改性牡蛎贝壳粉材料。

实施例2

与实施例1完全相同，不同在于：加入22.5重量份重量份LiCl，45重量份MgCl₂，45重量份麦饭石，10重量份硅藻土和40重量份60%质量浓度硫酸，5重量份海泡石和50重量份15%质量浓度硫酸。

实施例3

与实施例1完全相同，不同在于：加入20重量份重量份LiCl，40重量份MgCl₂，40重量份麦饭石，10重量份硅藻土和40重量份60%质量浓度硫酸，10重量份海泡石和100重量份15%质量浓度硫酸。

实施例4

与实施例1完全相同，不同在于：加入17.5重量份重量份LiCl，35重量份MgCl₂，35重量份麦饭石，15重量份硅藻土和60重量份60%质量浓度硫酸，10重量份海泡石和100重量份15%质量浓度硫酸。

实施例5

实施例1完全相同，不同在于：加入12.5重量份重量份LiCl，25重量份MgCl₂，25重量份麦饭石，20重量份硅藻土和80重量份60%质量浓度硫酸，15重量份海泡石和150重量份15%质量浓度硫酸。

实施例6

实施例1完全相同，不同在于：加入12.5重量份重量份LiCl，25重量份MgCl₂，25重量份麦饭石，20重量份硅藻土和80重量份60%质量浓度硫酸，15重量份海泡石和150重量份15%质量浓度硫酸。

实施例7

与实施例1完全相同，不同在于：加入7.5重量份重量份LiCl，15重量份MgCl₂，15重量份麦饭石，20重量份硅藻土和80重量份60%质量浓度硫酸，25重量份海泡石和250重量份15%质量浓度硫酸。

实施例8

与实施例1完全相同，不同在于：加入5重量份重量份LiCl，10重量份MgCl₂，10重量份麦饭石，20重量份硅藻土和80重量份60%质量浓度硫酸，30重量份海泡石和300重量份15%质量浓度硫酸。

实施例9

与实施例1完全相同，不同在于：加入5重量份重量份LiCl，10重量份MgCl₂，10重量份麦饭石，20重量份硅藻土和80重量份60%质量浓度硫酸，30重量份海泡石和300重量份15%质量浓度硫酸。

对比例1

与实施例1完全相同，不同在于：制备该复合矿物材料絮凝剂不加入引发助剂Zn-Cr改性牡蛎贝壳粉材料。

对比例2

与实施例1完全相同，不同在于：制备该复合矿物材料絮凝剂不加入复合金属改性牡蛎贝壳粉材料而是加入未改性处理的普通牡蛎贝壳粉材料。

对比例3

与实施例1完全相同，不同在于：制备复合金属改性牡蛎贝壳粉材料时不加入氯化锌，得到的是Cr改性牡蛎贝壳粉材料。

对比例4

与实施例1完全相同，不同在于：制备复合金属改性牡蛎贝壳粉材料时不加入氯化铬，得到的是Zn改性牡蛎贝壳粉材料。

对比例5

与实施例1完全相同，不同在于：制备该复合矿物材料絮凝剂不加入聚合氯化铝。

对比例6

与实施例1完全相同，不同在于：制备该复合矿物材料絮凝剂不加入硅藻土。

按下述方法对本发明实施例1~9与对比例1~6制备的聚合物絮凝剂进行性能测试：

复合矿物材料絮凝剂性能测试

絮凝试验在JJ-4型六联同步混凝搅拌器上进行，取1L污水处理厂待处理污水平行样15份，加入0.6g本发明制备的絮凝剂，搅拌0.5h后静置2h，测定COD、BOD、SS去除率，测试结果见下表。

复合矿物材料絮凝剂性能测试结果

由上表分析可以知，在实施例1条件下制备的絮凝剂COD去除率达到92.3%，BOD去除率达77.4%，SS去除率达84.7%，絮凝效果最好，随着加入麦饭石、硅藻土和海泡石矿物材料比例的增加或减少，絮凝剂COD去除率、BOD去除率、SS去除率都会出现不同程度的降低，可能的原因是当三者配比改变时使锌、铬等抗菌性离子弥散分布状态发生改变，降低了其杀菌效率，同时减轻微孔矿物材料自身辐射的远红外线与水分子团协同震荡作用，水分子缔合度增大，羟基自由基减少。另外对比例1~4说明该引发助剂Zn-Cr改性牡蛎贝壳粉材料的加入对絮凝剂絮凝性能影响较大，对比例4~6说明制备该复合矿物材料絮凝剂原料及条件的选择对絮凝剂性能有突出影响。

Claims (6)

1.一种复合矿物材料絮凝剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤:

1）取2.5~22.5重量份LiCl，5~45重量份MgCl₂，加入150重量份去离子水配置成溶液，称取5~45重量份粉碎好的麦饭石矿物材料加入到无机盐混合溶液中，恒温磁力搅拌2~3h，静置后倒去上层清液，用去离子水重复洗涤5次，然后放入干燥箱中烘干得到改性麦饭石矿物材料备用；取10~20重量份硅藻土，按固液比1:4的比例加入40~80重量份60%质量浓度的硫酸，恒温90℃磁力搅拌90min，干燥备用；取5~45重量份海泡石，按固液比1:10加入50~450重量份15%质量浓度硫酸活化，恒温90℃磁力搅拌90min，干燥备用；

2）取9.2重量份十六烷基三甲基溴化铵溶于80重量份无水乙醇中，加入上述干燥的10~20重量份硅藻土、5~45重量份海泡石混合，在60~65℃下磁力搅拌4~5h，再加入上述30重量份改性麦饭石矿物材料和60质量份酸性试剂，磁力搅拌3~4h使其充分接触混合成胶状。

2.将胶状产物转移至三口烧瓶中，在半自动PLC控制导热油炉中350℃下加热1~2h，加入0.1重量份磺酸钠丁二酸二乙酯，0.1重量份碳酸氢钠，0.8重量份丙烯酸乙酯，0.3重量份硫代硫酸钠，28重量份丙烯酰胺，10重量份引发助剂复合金属改性牡蛎贝壳粉材料，70重量份去离子水，在75~80℃下反应0.5h，得到半固型胶状体,向胶状体中加入18重量份的蒸馏水并混合均匀，调节pH为7，加入65份聚合氯化铝，混合均匀后在260℃干燥箱中干燥12h，粉碎研磨至约200目，即为粉末状絮凝剂。

3.根据权利要求1所述一种复合矿物材料絮凝剂的制备方法，其特征在于步骤1）中麦饭石矿物材料平均粒径为36.5~70.5μm。

4.根据权利要求1所述一种复合矿物材料絮凝剂的制备方法，其特征在于步骤1）中酸性试剂为25%质量浓度硫酸溶液，10%质量浓度盐酸溶液或5%质量浓度草酸溶液。

5.根据权利要求1所述一种复合矿物材料絮凝剂的制备方法，其特征在于步骤1）中搅拌速率为300~400r/min。

6.根据权利要求1所述一种复合矿物材料絮凝剂的制备方法，所述复合金属改性牡蛎贝壳粉材料制备方法如下：

将NaOH、尿素和去离子水按质量比7:12:81混合成NaOH-尿素水溶液，取100 mL该溶液置于冷却循环水浴锅中预冷到12℃，加入10重量份氯化锌并搅拌10 min，得到透明的溶液后再加入6重量份氯化铬进行搅拌，将搅拌均匀的混合溶液在5000 r/min转速下离心10min，取上清液加入5重量份十六烷基三甲基溴化铵、14重量份牡蛎贝壳粉置于50℃恒温水浴中保温反应4 h后将其移置105℃充氮洁净烘箱中老化处理24 h，得到Zn-Cr改性牡蛎贝壳粉材料。