CN113999398B - 一种Fe-MOF复合高分子靶向絮凝剂、制备方法及应用 - Google Patents

一种Fe-MOF复合高分子靶向絮凝剂、制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Fe‑MOF复合高分子靶向絮凝剂、制备方法及应用，该制备方法制得的靶向絮凝剂由铁基MOF和高分子聚合物复合形成，靶向絮凝剂通过分子自组装形成Fe‑MOF，并通过连接桥与高分子聚合物复合而成。本发明提供的靶向絮凝剂，通过Fe‑MOF和高分子有机物的协同作用，强化絮凝效果，有助于活性污泥形成大粒径絮体从而提升污泥的沉降和吸附性能；同时，金属有机框架结构有效防止金属离子的反向溶出，保障絮凝效果。

Description

一种Fe-MOF复合高分子靶向絮凝剂、制备方法及应用
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种Fe-MOF复合高分子向絮凝剂的制备方法及应用。
背景技术
当前正处于经济、社会高速发展时期的中国，城市及工业用水的需求量高速增长使得我国供水压力进一步加剧。在水资源匮乏的大环境下，相对滞后的污水处理厂、市政管网处理能力，导致大量城市污水和工业污水直接或者间接排放到江河湖海中，严重污染淡水资源和生态环境。因此，提升现有污水处理设施的处理能力和出水水质，受到人们越来越多的关注。其中，絮凝剂的品质作为核心是影响其处理效果和运行成本的决定性因素。为了充分利用不同药剂的功能特点，发挥协同增效作用，增强互补，克服单一絮凝剂的功能局限，扩大适用范围，研发出无机-有机复合絮凝剂，无机成分如聚氯化铁、聚氯化铝，有机成分包括聚丙烯酰胺、甲壳素等。但是，无机絮凝剂和有机絮凝剂混合使用时，由于自身所带电荷差异较大，影响最终絮凝性能。同时，无机絮凝剂中金属离子的反向溶出，进一步影响絮凝剂使用效果。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种Fe-MOF复合高分子靶向絮凝剂的制备方法及应用。
本发明提供的一种Fe-MOF复合高分子靶向絮凝剂的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤(1)选取硝酸铁、均苯三甲酸为前驱体，并按一定比例溶解于甲醇溶剂，形成混合物；
步骤(2)将上述混合物注入带搅拌的高压釜内，注入氮气驱氧，并在快速搅拌过程中滴加氢氧化钠与氟化钠的混合溶液，在120-180℃下，反应70-90h，随后冷却至室温；
步骤(3)上述步骤(2)所得产物，在80℃去离子水中陈化2-5h，过滤得到Fe-MOF；
步骤(4)将Fe-MOF与高分子有机物按一定比例混合，在50-60℃下，以100-300rpm匀速搅拌1h，最终得到Fe-MOF复合高分子有机物的靶向絮凝剂。
进一步地，所述步骤(1)中，前驱体中Fe3+与均苯三甲酸的摩尔浓度比为2:1-1:1。
进一步地，所述步骤(2)中，氢氧化钠与氟化钠的混合溶液中氟化钠的摩尔浓度为0.05mol/L，pH为9-10。
进一步地，所述步骤(4)中，Fe-MOF与高分子有机物质量比为1:10-1:100，其中高分子有机物为阳离子聚丙烯酰胺，聚二甲基二乙烯丙基氯化铵。
进一步地，将Fe-MOF复合高分子有机物的靶向絮凝剂应用于场景中，所述场景为污水处理中改善活性污泥沉降性能、二沉池增效、去除水中悬浮物。针对SVI值>120mL/g活性污泥混合液，投加量控制在1-50ppm，提高污泥沉降性能和去除水中悬浮物。
进一步地，所述Fe-MOF复合高分子有机物的靶向絮凝剂由Fe-MOF和高分子聚合物复合而成，其中铁基MOF的金属铁离子与有机配体自组装，并通过分子连接桥与高分子聚合物相结合。
本发明的有益效果具体体现在：
(1)本发明使用的一种Fe-MOF复合高分子靶向絮凝剂制备方法简易，并可根据实际需求选取不同高分子有机物形成复合絮凝剂；
(2)靶向絮凝剂中的无机组分通过金属有机框架结构，将Fe离子与传统有机物相结合，通过协调作用，提高絮凝剂的絮凝作用；
(3)Fe-MOF结构可有效降低金属离子的反向溶出，提高复合絮凝剂的稳定性。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例一
一种Fe-MOF复合高分子靶向絮凝剂的制备步骤：
(1)选取硝酸铁、均苯三甲酸为前驱体，并按Fe3+:均苯三甲酸的摩尔浓度比为2:1溶解于甲醇溶剂；
(2)将上述混合物注入带搅拌的高压釜内，注入氮气20min驱氧，并在快速搅拌过程中滴加氢氧化钠+氟化钠的混合溶液(氟化钠摩尔浓度为0.05mol/L，pH10)，在150℃下，反应75h，随后冷却至室温；
(3)上述所得产物，在80℃去离子水中陈化2h，过滤得到Fe-MOF；
(4)将Fe-MOF与聚二甲基二乙烯丙基氯化铵高分子有机物按质量比例1:100混合，在50℃下，以300rpm匀速搅拌1h，最终得到Fe-MOF复合高分子有机物的靶向絮凝剂。
将上述靶向絮凝剂投入XX污水处理厂生化污泥混合液中，污泥浓度在4700mg/L，SV30为640，按5ppm的投加量向系统中投加靶向絮凝剂，在其他条件不改变的情况下，污泥SV30下降到370，污泥沉降性能提升42％。
实施例二
一种Fe-MOF复合高分子靶向絮凝剂的制备步骤：
(1)选取硝酸铁、均苯三甲酸为前驱体，并按Fe3+:均苯三甲酸的摩尔浓度比为1:1溶解于甲醇溶剂；
(2)将上述混合物注入带搅拌的高压釜内，注入氮气20min驱氧，并在快速搅拌过程中滴加氢氧化钠+氟化钠的混合溶液(氟化钠摩尔浓度为0.05mol/L，pH10)，在140℃下，反应85h，随后冷却至室温；
(3)上述所得产物，在60℃去离子水中陈化3h，过滤得到Fe-MOF；
(4)将Fe-MOF与聚二甲基二乙烯丙基氯化铵高分子有机物按质量比例1:50混合，在50℃下，以300rpm匀速搅拌1h，最终得到Fe-MOF复合高分子有机物的靶向絮凝剂。
将上述靶向絮凝剂投入XX污水处理厂生化末端污泥混合液中，未投加时，二沉池处理水量为690m3/h，泥位控制3.5m；按10ppm的投加量向系统中投加靶向絮凝剂，二沉池处理水量850m3/h，泥位控制在3.5m，处理水量提升23％。
实施例三
一种Fe-MOF复合高分子靶向絮凝剂的制备步骤：
(1)选取硝酸铁、均苯三甲酸为前驱体，并按Fe3+:均苯三甲酸的摩尔浓度比为1:1溶解于甲醇溶剂；
(2)将上述混合物注入带搅拌的高压釜内，注入氮气20min驱氧，并在快速搅拌过程中滴加氢氧化钠+氟化钠的混合溶液(氟化钠摩尔浓度为0.05mol/L，pH10)，在140℃下，反应85h，随后冷却至室温；
(3)上述所得产物，在60℃去离子水中陈化3h，过滤得到Fe-MOF；
(4)将Fe-MOF与聚丙烯酰胺高分子有机物按质量比例1:50混合，在50℃下，以300rpm匀速搅拌1h，最终得到Fe-MOF复合高分子有机物的靶向絮凝剂。
将上述靶向絮凝剂投入XX污水处理厂生化末端污泥混合液中，未投加时，二沉池出水SS在12-15mg/L；按5ppm的投加量向系统中投加靶向絮凝剂，二沉池出水SS控制在7-9mg/L。

Claims (6)

1.一种Fe-MOF复合高分子靶向絮凝剂的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
步骤(1)选取硝酸铁、均苯三甲酸为前驱体，并按一定比例溶解于甲醇溶剂，形成混合物；
步骤(2)将上述混合物注入带搅拌的高压釜内，注入氮气驱氧，并在快速搅拌过程中滴加氢氧化钠与氟化钠的混合溶液，在120-180℃下，反应70-90h，随后冷却至室温；
步骤(3)上述步骤(2)所得产物，在80℃去离子水中陈化2-5h，过滤得到Fe-MOF；
步骤(4)将Fe-MOF与高分子有机物按一定比例混合，在50-60℃下，以100-300rpm匀速搅拌1h，最终得到Fe-MOF复合高分子有机物的靶向絮凝剂；其中，所述高分子有机物为聚丙烯酰胺，聚二甲基二乙烯丙基氯化铵。
2.根据权利要求1所述的一种Fe-MOF复合高分子靶向絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，前驱体中Fe 3+与均苯三甲酸的摩尔浓度比为2:1-1:1。
3.根据权利要求1所述的一种Fe-MOF复合高分子靶向絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，氢氧化钠与氟化钠的混合溶液中氟化钠的摩尔浓度为0.05mol/L，pH为9-10。
4.根据权利要求1所述的一种Fe-MOF复合高分子靶向絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，Fe-MOF与高分子有机物质量比为1:10-1:100。
5.根据权利要求1所述的一种Fe-MOF复合高分子靶向絮凝剂的应用，其特征在于：将Fe-MOF复合高分子有机物的靶向絮凝剂应用于场景中，所述场景为污水处理中改善活性污泥沉降性能、二沉池增效、去除水中悬浮物。
6.根据权利要求5所述的一种Fe-MOF复合高分子靶向絮凝剂的应用，其特征在于：针对SVI值>120mL/g活性污泥混合液，投加量控制在1-50ppm，提高污泥沉降性能和去除水中悬浮物。
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