一种磁性絮凝剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种磁性絮凝剂及其制备方法和应用，所述磁性絮凝剂包含偶联剂、无机絮凝剂和Fe3O4纳米磁性粒子，其中偶联剂和无机絮凝剂以共价键进行连接组成共价键型复合絮凝剂，Fe3O4纳米磁性粒子以共价键连接至偶联剂和/或无机絮凝剂；通过磁絮凝技术中磁种的引入，借助外磁场作用能够实现快速强化分离，大大节约沉淀时间，且设备占地小易维护，所以利用磁性物质的优势与絮凝剂紧密结合，以共价键的形式将Fe3O4磁性纳米粒子分散嵌入到共价键型复合絮凝剂结构当中，最终得到磁性絮凝剂，从而克服絮凝工艺的不足以及现有磁性絮凝剂的缺陷。

Magnetic flocculant and its preparation method and Application

The invention discloses a magnetic flocculant and preparation method and application thereof, wherein the magnetic flocculant contains coupling agent and inorganic flocculant and Fe3O4 magnetic nanoparticles, including coupling agent and inorganic flocculants were covalently connected to form covalent bond type composite flocculant, Fe3O4 nano magnetic particles connected by covalent bond to the coupling agent and / or through the introduction of inorganic flocculant; magnetic magnetic flocculation technology, by means of the external magnetic field can achieve rapid enhancement and separation, greatly reduce the settling time, and easy maintenance equipment covers an area of, so the use of the advantages of magnetic materials and flocculant combination of covalently bonded Fe3O4 magnetic nanoparticles dispersed into covalent bond compound flocculant structure finally, to overcome the shortage of magnetic flocculant, flocculation process and defects of the existing magnetic flocculant.

【技术实现步骤摘要】
一种磁性絮凝剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及水处理领域，具体涉及到一种磁性絮凝剂及其制备方法和应用。
技术介绍
絮凝是一种应用十分广泛的重要水处理工艺，具备操作简便，成本低，升级改造容易等诸多技术优势，主要用于去除水中的悬浮颗粒物、胶体和大分子有机物。絮凝效果主要取决于絮凝剂的结构和性能，新型絮凝剂的研发是经济高效提高水处理效率的重要途径。磁絮凝技术是将磁场引入污水处理领域的一项新兴技术手段。该技术通过磁性接种，即投加磁粉，并投加混凝剂，如聚合氯化铝(PAC)以及聚丙烯酰胺(PAM)，不仅简单快速、经济有效、能实现快速分离和快速沉降，而且在占地、能耗、操作、污泥脱水性能等方面较传统分离技术有明显优势和独特性能，在给水处理和各类污、废水处理中得到快速发展，特别在空间有限或应急情况下，如垃圾渗滤液的处理，地表水污染应急处理等，磁絮凝技术使用可显著缩短絮凝沉淀时间并提高絮凝沉淀效率，在工程实际中已得到应用，同时能够回收磁粉并循环利用。目前，磁絮凝技术在一些水厂得到了应用，现阶段所使用的磁性絮凝剂，是在投加铁盐、铝盐、聚丙烯酰胺等常规混凝剂的同时，投加一定的磁种即磁粉，能够实现絮凝过程中的快速沉降，但是磁粉与絮凝剂只是简单的混合，磁粉在絮凝过程中起辅助作用，絮体结构松散，通过外加磁场只能回收磁粉，而无法同时回收絮凝剂的有效成分，极大地限制了絮凝剂的利用率；另外，简单物理混合包裹的磁性絮凝剂性能并没有得到提高，主要还是常规混凝，去除胶体、颗粒物、大分子有机物等，还有部分磁性絮凝剂在磁粉表面接枝有机基团，合成步骤繁琐，且成本较高；目前尚无能够一步合成出具有有机-无机共价键结构且能有效去除多种污染物的磁性絮凝剂。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种磁性絮凝剂及其制备方法和应用，通过磁絮凝技术中磁种的引入，借助外磁场作用能够实现快速强化分离，大大节约沉淀时间，且设备占地小易维护，所以利用磁性物质的优势与絮凝剂紧密结合，以共价键的形式将Fe3O4磁性纳米粒子分散嵌入到共价键型复合絮凝剂结构当中，最终得到磁性絮凝剂，从而克服絮凝工艺的不足以及现有磁性絮凝剂的缺陷。为实现上述目的，本专利技术提供了一种磁性絮凝剂，所述磁性絮凝剂包含偶联剂、无机絮凝剂和Fe3O4纳米磁性粒子，其中偶联剂和无机絮凝剂以共价键进行连接组成共价键型复合絮凝剂，Fe3O4纳米磁性粒子以共价键连接至偶联剂和/或无机絮凝剂。基于无机絮凝剂、有机絮凝剂、无机-有机复合絮凝剂，在无机高分子絮凝剂的骨架上嫁接具有一定功能的有机基团可制备共价键型无机-有机复合絮凝剂，该复合絮凝剂同时具备无机絮凝剂实时水解和有机絮凝剂多基团作用的优点，扩了大常规絮凝剂的功能，能够深度脱氮除磷以及有效去除小分子溶解性有机物等。上述磁性絮凝剂在另一种实施方式中，所述磁性絮凝剂中还包含具有助凝作用的聚硅酸，所述聚硅酸以共价键连接至偶联剂和/或无机絮凝剂。上述磁性絮凝剂在另一种实施方式中，所述偶联剂为硅烷偶联剂，优选的，所述偶联剂为含有季铵基团的硅烷偶联剂，具体地，偶联剂为3-(三甲氧基硅烷基)丙基-N-十二烷基二甲基氯化铵。上述磁性絮凝剂在另一种实施方式中，所述无机絮凝剂包括可以脱除水中氨氮和/或磷的金属盐无机絮凝剂，优选的，所述无机絮凝剂为三价铁盐无机絮凝剂。上述磁性絮凝剂在另一种实施方式中，所述Fe3O4纳米磁性粒子占所述磁性絮凝剂的质量百分比为5％-10％，可选的，所述Fe3O4纳米磁性粒子的粒径≤20nm，具有超顺磁性。本专利技术还提供了上述磁性絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：在氮气保护下，通过将三价铁盐和二价铁盐溶于去离子水中，不断搅拌并加热，然后立即加入氨水溶液，使体系pH值达到10以上并持续快速搅拌，降温，并滴加酸调节pH，加入聚硅酸和偶联剂，恒温快速搅拌再加入无机絮凝剂，常温下不断搅拌，最终得到磁性絮凝剂。上述磁性絮凝剂的制备方法在另一种实施方式中，三价铁盐和二价铁盐为市售商品中三氯化铁、二氯化铁和/或硫酸亚铁中两种不同价态铁的铁盐水合物，并且所述三氯化铁、二氯化铁和硫酸亚铁的纯度均大于98％；可选的，去离子水为120-150mL；还可选的，三价铁盐与二价铁盐的摩尔比为2-3：1-2；还可选的，将三价铁盐和二价铁盐溶于去离子水中后，在常温下不断搅拌4.5-5.5min；还可选的，在将三价铁盐和二价铁盐溶于去离子水中，不断搅拌并加热至60-80℃；还可选的，氨水溶液的添加量为20-50ml；还可选的，氨水溶液的质量分数为25％-28％；还可选的，加入氨水溶液，使体系pH值达到10以上并持续快速搅拌的搅拌速度为280-320r/min；还可选的，加入氨水溶液，使体系pH值达到10以上并持续快速搅拌的时间为30-60min。上述磁性絮凝剂的制备方法在另一种实施方式中，使体系pH值达到10以上并持续快速搅拌后，降温至38-52℃；可选的，所述酸为盐酸，浓度为0.5-1.5mol/L；还可选的，滴加酸调节pH至6-7；还可选的，所述聚硅酸可以通过将九水硅酸钠加入到pH＝1-3的酸性溶液中缓慢搅拌1-2h，常温活化后得到，其中所述聚硅酸中SiO2质量分数为2％-8％，或者直接购买市售产品；还可选的，聚硅酸和偶联剂的摩尔比为3-6:1；还可选的，偶联剂为含有季铵基团的硅烷偶联剂，并且所述含有季铵基团的硅烷偶联剂(R)3-N-Cn-Si-(R’)a(OR”)(3-a)Cl为市售产品，或通过在丙二醇甲醚、碘化钾作为催化剂的条件下，加入(R)3-N-Cn和Si-(R’)a(OR”)(3-a)Cl在90-100℃快速搅拌的条件下反应8h制备得到，其中R、R’、R”分别为碳数为1-10的烷基，n＝2-12，a＝0-2；还可选的，加入聚硅酸和偶联剂后恒温快速搅拌的温度保持在38-52℃；还可选的，加入聚硅酸和偶联剂后恒温快速搅拌的搅拌速度为150-200r/min；还可选的，加入聚硅酸和偶联剂后恒温快速搅拌6-12h；还可选的，无机絮凝剂为三价铁盐无机絮凝剂，并且无机絮凝剂的浓度为0.01-0.05mol/L；还可选的，在加入无机絮凝剂后在常温下不断搅拌1.5-2.5h。本专利技术还提供了上述磁性絮凝剂或上述磁性絮凝剂的制备方法在生活污水、工业废水、再生水和饮用水水处理絮凝过程中的应用。上述应用在另一种实施方式中，将磁性絮凝剂加入到待处理水体中，快搅2-3min，慢搅20-30min，在外加磁场的作用下，沉降时间1-5min，完成絮凝处理，其中磁场强度大于500高斯。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术将Fe3O4磁性纳米粒子加入到共价键复合絮凝剂的结构当中，采用一步合成的方法制备了一种新型磁性絮凝剂，简单易合成，通过外加磁场的作用快速沉降和分离，提高了絮凝单元处理效率，实现了药剂中有效成分的循环利用，同时还突破了传统絮凝作用，提高了污染物的去除范围，最终强化絮凝效果。本专利技术所提出的磁性絮凝剂具有以下优点：将本专利技术的磁性絮凝剂用于处理一般生活污水，絮凝后絮体沉降速度明显加快，1min便能基本沉淀完全，实现了快速沉降及固液分离，同时回收有效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性絮凝剂，其特征在于，所述磁性絮凝剂包含偶联剂、无机絮凝剂和Fe3O4纳米磁性粒子，其中偶联剂和无机絮凝剂以共价键进行连接组成共价键型复合絮凝剂，Fe3O4纳米磁性粒子以共价键连接至偶联剂和/或无机絮凝剂。

【技术特征摘要】
1.一种磁性絮凝剂，其特征在于，所述磁性絮凝剂包含偶联剂、无机絮凝剂和Fe3O4纳米磁性粒子，其中偶联剂和无机絮凝剂以共价键进行连接组成共价键型复合絮凝剂，Fe3O4纳米磁性粒子以共价键连接至偶联剂和/或无机絮凝剂。2.根据权利要求1所述的磁性絮凝剂，其特征在于，所述磁性絮凝剂中还包含具有助凝作用的聚硅酸，所述聚硅酸以共价键连接至偶联剂和/或无机絮凝剂。3.根据权利要求1所述的磁性絮凝剂，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂，优选的，所述偶联剂为含有季铵基团的硅烷偶联剂。4.根据权利要求1所述的磁性絮凝剂，其特征在于，所述无机絮凝剂包括可以脱除水中氨氮和/或磷的金属盐无机絮凝剂，优选的，所述无机絮凝剂为三价铁盐无机絮凝剂。5.根据权利要求1所述的磁性絮凝剂，其特征在于，所述Fe3O4纳米磁性粒子占所述磁性絮凝剂的质量百分比为5％-10％，可选的，所述Fe3O4纳米磁性粒子的粒径≤20nm。6.根据权利要求1所述的磁性絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在氮气保护下，通过将三价铁盐和二价铁盐溶于去离子水中，不断搅拌并加热，然后立即加入氨水溶液，使体系pH值达到10以上并持续快速搅拌，降温，并滴加酸调节pH，加入聚硅酸和偶联剂，恒温快速搅拌再加入无机絮凝剂，常温下不断搅拌，最终得到磁性絮凝剂。7.根据权利要求6所述的磁性絮凝剂的制备方法，其特征在于，三价铁盐和二价铁盐选自三氯化铁、二氯化铁和/或硫酸亚铁中两种不同价态铁的铁盐水合物，并且所述三氯化铁、二氯化铁和硫酸亚铁的纯度均大于98％；可选的，去离子水为120-150mL；还可选的，三价铁盐与二价铁盐的摩尔比为2-3：1-2；还可选的，将三价铁盐和二价铁盐溶于去离子水中后，在常温下不断搅拌4.5-5.5min；还可选的，在将三价铁盐和二价铁盐溶于去离子水中，不断搅拌并加热至60-80℃；还可选的，氨水溶液的添加量为20-50ml；还可选的，氨...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵华章，孟勇，沈延军，陈思，
申请(专利权)人：南京华淳环保股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32