公布日：2024.12.13
申請日：2024.09.23
分類號：C02F11/148(2019.01)I
摘要
本發明公開了一種復合污泥脫水劑及其制備方法，通過改性單體、改性載體、丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和甲基丙烯磺酸鈉聚合，在改性載體表面形成聚丙烯酰胺，制得脫水劑，該脫水劑表面含有正負兩種電荷，正電荷能夠與帶負電的有機懸浮物結合，負電荷能夠加速無機懸浮物下沉，表面的聚丙烯酰胺含有有機硅鏈段能夠提升脫水劑的疏水效果，在吸附懸浮物的同時達到隔水效果，且表面含有鐵基金屬有機框架，與表面正電荷復配能夠破壞污泥胞外聚合物的穩定結構，進而讓有機物分散，釋放內部水分，同時有機物能夠被表面的環糊精空腔和內部的多孔空腔包覆，使得污泥脫水效果進一步提升。
權利要求書
1.一種復合污泥脫水劑的制備方法，其特征在于：由如下步驟制成：步驟A1：將復合載體、對苯二甲酸、六水合三氯化鐵和DMF混合反應，制得預處理載體，將預處理載體、丙烯酰氯、三乙胺和DMF混合反應，制得改性載體；步驟A2：將八甲基環四硅氧烷、1，3-雙（3-氨基丙基）-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷、四甲基氫氧化銨和二甲基亞砜混合反應，制得氨基聚硅氧烷，將氨基聚硅氧烷、環氧丁烯和DMF混合反應，制得改性單體；步驟A3：將改性單體、改性載體、丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯磺酸鈉和DMF混合攪拌并加入過硫酸銨和2,2'-偶氮（2-甲基丙基脒）二鹽酸鹽，升溫反應，制得復合污泥脫水劑。
2.根據權利要求1所述的一種復合污泥脫水劑的制備方法，其特征在于：步驟A1所述的復合載體、對苯二甲酸和六水合三氯化鐵的質量比為1:1:1.8，預處理載體、丙烯酰氯和三乙胺的用量比為1g:10mmol:10mmol。
3.根據權利要求1所述的一種復合污泥脫水劑的制備方法，其特征在于：步驟A2所述的八甲基環四硅氧烷、1，3-雙（3-氨基丙基）-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷和四甲基氫氧化銨的摩爾比為1.2:1:1.5，氨基聚硅氧烷和環氧丁烯的摩爾比為1:4。
4.根據權利要求1所述的一種復合污泥脫水劑的制備方法，其特征在于：步驟A3所述的改性單體、改性載體、丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和甲基丙烯磺酸鈉的用量比為0.2mol:20g:9mol:1mol:1mol。
5.根據權利要求1所述的一種復合污泥脫水劑的制備方法，其特征在于：所述的復合載體由如下步驟制成：步驟B1：將木質素、氫氧化鈉、乙醇和去離子水混合攪拌后，加入氯乙酸，繼續反應，制得羧基木質素，將羧基木質素分散在甲苯中，加入KH550和二環己基碳二亞胺，進行反應，制得改性木質素；步驟B2：將十六烷基三甲基溴化銨、去離子水、甲苯、改性木質素和正硅酸乙酯混合攪拌，升溫反應后，過濾去除濾液，將底物加入馬弗爐中焙燒，制得前驅體，將前驅體分散在乙醇中攪拌并加入KH550和去離子水，進行反應，制得改性前驅體；步驟B3：將β-環糊精、環氧氯丙烷、三氟化硼乙醚和DMF混合反應后，加入氫氧化鈉溶液，升溫反應，制得改性環糊精，將改性環糊精、改性前驅體和DMF混合反應后，加入2-氨基對苯二甲酸，繼續反應，制得復合載體。
6.根據權利要求5所述的一種復合污泥脫水劑的制備方法，其特征在于：步驟B1所述的木質素、氫氧化鈉和氯乙酸的質量比為5:10:3，羧基木質素上的羧基、KH550和二環己基碳二亞胺的摩爾比為1:1:1.1。
7.根據權利要求5所述的一種復合污泥脫水劑的制備方法，其特征在于：步驟B2所述的十六烷基三甲基溴化銨、改性木質素和正硅酸乙酯的質量比為5:3:10，KH550的用量為前驅體質量的1%。
8.根據權利要求5所述的一種復合污泥脫水劑的制備方法，其特征在于：步驟B3所述的β-環糊精、環氧氯丙烷、三氟化硼乙醚和氫氧化鈉溶液的用量比為3g:1g:0.9g:15mL，改性環糊精、改性前驅體和2-氨基對苯二甲酸的質量比為5:1:3。
9.一種復合污泥脫水劑，其特征在于：根據權利要求1-8任一所述的制備方法制備而成。
發明內容
本發明的目的在于提供一種復合污泥脫水劑及其制備方法，解決了現階段污泥脫水劑脫水效果一般，且用量大的問題。
本發明的目的可以通過以下技術方案實現：一種復合污泥脫水劑的制備方法，由如下步驟制成：步驟A1：將復合載體、對苯二甲酸、六水合三氯化鐵和DMF混合均勻，在轉速為150-200r/min，溫度為80-85℃的條件下，進行反應20-25h，制得預處理載體，將預處理載體、丙烯酰氯、三乙胺和DMF混合均勻，在轉速為200-300r/min，溫度為30-40℃的條件下，進行反應6-8h，制得改性載體；步驟A2：將八甲基環四硅氧烷、1，3-雙（3-氨基丙基）-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷、四甲基氫氧化銨和二甲基亞砜混合均勻，通入氮氣保護，在轉速為150-200r/min，溫度為90-95℃的條件下，進行反應3-5h，制得氨基聚硅氧烷，將氨基聚硅氧烷、環氧丁烯和DMF混合均勻，在轉速為120-150r/min，溫度為30-40℃，pH值為11-12的條件下，進行反應6-8h，制得改性單體；步驟A3：將改性單體、改性載體、丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯磺酸鈉和DMF混合均勻，在轉速為150-200r/min，溫度為20-25℃的條件下，攪拌并加入過硫酸銨和2,2'-偶氮（2-甲基丙基脒）二鹽酸鹽，升溫至40-50℃，進行反應3-4h，制得復合污泥脫水劑。
進一步，步驟A1所述的復合載體、對苯二甲酸和六水合三氯化鐵的質量比為1:1:1.8，預處理載體、丙烯酰氯和三乙胺的用量比為1g:10mmol:10mmol。
進一步，步驟A2所述的八甲基環四硅氧烷、1，3-雙（3-氨基丙基）-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷和四甲基氫氧化銨的摩爾比為1.2:1:1.5，氨基聚硅氧烷和環氧丁烯的摩爾比為1:4。
進一步，步驟A3所述的改性單體、改性載體、丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和甲基丙烯磺酸鈉的用量比為0.2mol:20g:9mol:1mol:1mol，過硫酸銨的用量為改性單體、丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和甲基丙烯磺酸鈉質量和的0.1%，2,2'-偶氮（2-甲基丙基脒）二鹽酸鹽和過硫酸銨的摩爾比為1:1。
進一步，所述的復合載體由如下步驟制成：步驟B1：將木質素、氫氧化鈉、乙醇和去離子水混合均勻，在轉速為120-150r/min，溫度為50-60℃的條件下，攪拌1-2h后，加入氯乙酸，繼續反應1-2h，調節pH值為酸性，制得羧基木質素，將羧基木質素分散在甲苯中，加入KH550和二環己基碳二亞胺，在轉速為200-300r/min，溫度為20-25℃的條件下，進行反應3-5h，制得改性木質素；步驟B2：將十六烷基三甲基溴化銨、去離子水、甲苯、改性木質素和正硅酸乙酯混合，在轉速為800-1000r/min，溫度為60-70℃的條件下，攪拌30-40min，升溫至200-210℃，進行反應3-5h后，過濾去除濾液，將底物加入馬弗爐中，在溫度為700-750℃，氬氣保護的條件下，焙燒2-3h，制得前驅體，將前驅體分散在乙醇中，在轉速為120-150r/min，溫度為60-70℃的條件下，攪拌并加入KH550和去離子水，進行反應3-5h，制得改性前驅體；步驟B3：將β-環糊精、環氧氯丙烷、三氟化硼乙醚和DMF混合均勻，在轉速為120-150r/min，溫度為65-70℃的條件下，進行反應2-3h后，加入氫氧化鈉溶液，升溫至75-80℃，進行反應3-5h，制得改性環糊精，將改性環糊精、改性前驅體和DMF混合均勻，在轉速為200-300r/min，溫度為30-40℃，pH值為10-11的條件下，進行反應3-5h后，加入2-氨基對苯二甲酸，繼續反應3-5h，制得復合載體。
進一步，步驟B1所述的木質素、氫氧化鈉和氯乙酸的質量比為5:10:3，羧基木質素上的羧基、KH550和二環己基碳二亞胺的摩爾比為1:1:1.1。
進一步，步驟B2所述的十六烷基三甲基溴化銨、改性木質素和正硅酸乙酯的質量比為5:3:10，KH550的用量為前驅體質量的1%。
進一步，步驟B3所述的β-環糊精、環氧氯丙烷、三氟化硼乙醚和氫氧化鈉溶液的用量比為3g:1g:0.9g:15mL，氫氧化鈉溶液的質量分數為25%，改性環糊精、改性前驅體和2-氨基對苯二甲酸的質量比為5:1:3。
本發明的有益效果：本發明制備的一種復合污泥脫水劑以復合載體、對苯二甲酸和六水合三氯化鐵為原料，在復合載體表面形成鐵基金屬有機框架，制得預處理載體，將預處理載體和丙烯酰氯反應，使得預處理載體上的羥基和丙烯酰氯上的酰氯反應，使得預處理載體表面接枝雙鍵，制得改性載體，將八甲基環四硅氧烷開環與1，3-雙（3-氨基丙基）-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷聚合形成氨基封端的聚硅氧烷，制得氨基聚硅氧烷，將氨基聚硅氧烷和環氧丁烯反應，使得氨基聚硅氧烷上的氨基和環氧丁烯上的環氧基反應，制得改性單體，將改性單體、改性載體、丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和甲基丙烯磺酸鈉聚合，在改性載體表面形成聚丙烯酰胺，制得脫水劑。
復合載體以木質素和氯乙酸為原料，在氫氧化鈉溶液的作用下，使得木質素上分子中羥基轉變為羥基鈉，再與氯乙酸上的氯原子位點反應，制得羧基木質素，將羧基木質素和KH550在二環己基碳二亞胺的作用下，使得羧基木質素上的羧基和KH550上的氨基脫水，制得改性木質素，將改性木質素和正硅酸乙酯水熱反應，再在氬氣保護條件下焙燒，使得改性木質素轉變為碳管，同時表面包覆多孔二氧化硅，制得前驅體，將前驅體用KH550處理，使得表面接枝氨基，制得改性前驅體，將β-環糊精和環氧氯丙烷反應，使得環氧氯丙烷上的環氧基和β-環糊精上的羥基反應，再在氫氧化鈉溶液的作用下閉環形成新的環氧基，制得改性環糊精，將改性環糊精和改性前驅體反應，使得改性環糊精上的環氧基和改性前驅體上的氨基反應，加入2-氨基對苯二甲酸與剩余的環氧基反應，制得復合載體。
該脫水劑表面含有正負兩種電荷，正電荷能夠與帶負電的有機懸浮物結合，負電荷能夠加速無機懸浮物下沉，表面的聚丙烯酰胺含有有機硅鏈段能夠提升脫水劑的疏水效果，在吸附懸浮物的同時達到隔水效果，且表面含有鐵基金屬有機框架，與表面正電荷復配能夠破壞污泥胞外聚合物的穩定結構，進而讓有機物分散，釋放內部水分，同時有機物能夠被表面的環糊精空腔和內部的多孔空腔包覆，使得污泥脫水效果進一步提升。
（發明人：陳海文;陳振永）
