[发明专利]一种阳离子型聚丙烯酰胺修饰的Fe3O4磁性絮凝剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁性絮凝剂，具体地，本发明涉及一种阳离子型聚丙烯酰胺修饰的Fe₃O₄磁性絮凝剂及其制备方法。

背景技术

絮凝剂被广泛应用于化工、矿业、环保等领域，在固液分离和水处理过程中，用以提高微细固体物的沉降和过滤效果等。絮凝剂又称沉降剂，是一类可使溶液中不易沉降的小的溶质、胶体、固体悬浮颗粒等凝集沉淀的物质。随着科学技术的发展，絮凝剂的种类也日益增多，根据化学成分的不同，可分为无机、有机和微生物絮凝剂。

典型的无机絮凝剂有铝盐和铁盐两类，广泛用于饮用水、工业水的净化处理以及地下水、废水淤泥的脱水处理等，对水中悬浮颗粒以及溶解性有机物质都体现出了很好的去除效果。该类絮凝剂虽然使用简单，但是其絮凝效率通常较低，用量一般较大，从而导致操作成本较高，而且絮凝后絮凝剂的残留比较严重，腐蚀性较大，容易造成二次污染。因此，这类絮凝剂已逐渐被高分子絮凝剂所替代。高分子絮凝剂主要包括无机高分子絮凝剂和有机高分子絮凝剂两类，无机高分子絮凝剂是在金属盐类絮凝剂的基础上发展起来的一类新型絮凝剂，它又可以分为阳离子型、阴离子型、无机复合型和无机-有机复合型等。这类絮凝剂具有絮凝效率高，沉降速度快、适应水体的pH广等优点。有机高分子絮凝剂目前使用较多的主要包括合成和改性天然高分子絮凝剂两类。合成有机高分子絮凝剂按官能团离解后所带电荷的性质不同分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性型等。有机高分子絮凝剂具有用量少、絮凝速度快、受共存盐类、pH及温度影响小、絮凝体总量少、容易处理等优点，因而有着广阔的应用前景。但是，无论是无机絮凝剂还是有机絮凝剂，其在絮凝过程中都面临着絮凝体分离困难，设备使用效率低、分离时间长和絮凝剂残留产生的二次污染问题。微生物絮凝剂是由微生物产生的生物大分子物质，有良好的絮凝沉淀性能，安全，无毒，可生物降解；但是，国内的研究尚处于高产菌株筛选阶段，存在生产成本较高的缺点。

聚丙烯酰胺是丙烯酰胺及其衍生物的均聚物与共聚物的统称，是一种AM单体质量分数在50%以上的线型水溶性高分子化合物。根据聚丙烯酰胺所带基团能否离解及离解后所带离子的电性，可将其主要分为非离子型、阳离子型、阴离子型和两性型；其中，阳离子型聚丙烯酰胺是目前应用最为广泛的一种有机高分子絮凝剂。Mccarron等人研究了阳离子型聚丙烯酰胺在高岭土絮凝过程中的机理：在低浓度下，阳离子型聚丙烯酰胺主要通过桥架作用发挥絮凝作用，而在高浓度下，则主要通过电中和实现絮凝（Mccarron et al.,The flocculation ofkaolin by cationic polyacrylam ides and the effect of cationic surfactant on thisprocess.Journal of Applied Polymer Science,2002,83:2382-2389）；Taipale等人研究了阳离子型聚丙烯酰胺在纤维果浆絮凝中的影响机制，发现阳离子型聚丙烯酰胺的摩尔质量和带电状况是影响絮凝的主要因素（Taipale et al.,Isolation andcharacterization of cellulosic pulp fines and their interactions with cationicpolyacrylam ides.Journal of Dispersion Science and Technology,2011,32:863-873）；Swerin研究了阳离子型聚丙烯酰胺在纤维质悬浮液絮凝中的应用，研究发现它可以使三相混合体系中的纤维活化，并能增强纤维与纤维结合点处的作用力，从而促进纤维的絮凝（Swerin A.,Rheological properties of cellulosic fibre suspensions flocculated by cationic polyacrylam ides.Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects,1998,133:279-294）；Libecki研究发现高电荷密度低分子量的阳离子型聚丙烯酰胺可以有效的从水溶液中絮凝分离腐植酸（Libecki B.,The effectiveness of humic acids coagulation with the use ofcationic polyacrylamides.Water Science&Technology,2011,63:1944-1949）。