[发明专利]一种有机无机复合絮凝剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种有机无机复合絮凝剂及其制备方法，属于絮凝剂技术领域。以改性后的树枝状纳米二氧化硅为无机复合材料，接枝聚合丙烯酰吗啉与甲基丙烯酰氧乙基二甲基十六烷基溴化铵。改性树枝状纳米二氧化硅作为一种纳米材料，可以改变有机高分子絮凝剂的原有的表面结构，提高絮凝剂的化学稳定性、吸附反应能力、抗老化性和絮凝能力。丙烯酰吗啉、甲基丙烯酰氧乙基二甲基十六烷基溴化铵与二氧化硅通过化学键相连，形成一种无机‑有机杂化聚集体，在稀释状态下更容易发生解离，提高絮凝速率，增强絮凝效果。所制备的有机无机复合絮凝剂具有消毒、杀菌、吸附Cu²⁺等重金属离子、吸附CrO₄^2‑等有毒阴离子、环保、价廉、抗老化等优良性能。

技术领域

本发明涉及一种有机无机复合絮凝剂及其制备方法，属于絮凝剂技术领域。

背景技术

在工业废水、生活污水和城市用水的处理流程中，絮凝处理是一种重要的水处理手段，在水处理中占据着重要的位置，它的效能影响着整个后续流程的处理效果。絮凝剂是一种使水中胶体粒子通过聚集形成絮团，从而加快粒子聚沉，实现消毒、杀菌、脱色、净化等作用。现有技术的絮凝剂可分为无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂、天然高分子絮凝剂、复合絮凝剂等。其中，复合絮凝剂能克服使用单一絮凝剂的许多不足，在降低处理成本的同时提高絮凝性能。

近年来，越来越多的水处理药剂生产厂家运用纳米粒子与有机高分子的复合制备新型絮凝剂。无机纳米颗粒具有比表面积大、吸附力强、表面能大等特性，优良的耐热性能、化学稳定性以及对紫外光强吸收、对红外光良好反射作用，使有机高分子絮凝剂接枝到无机纳米颗粒上，能够改变其原有的表面结构，解决有机高分子链见光易吸收降解，水温较高易老化、分解等问题，提高絮凝剂的化学稳定性、吸附反应能力、抗老化性和絮凝能力。因此，无机纳米颗粒与有机高分子复合的新型复合絮凝剂的研究与开发成为絮凝剂研究领域的新热点。

如中国专利CN109280174A公开了一种以阳离子单体丙烯酰胺和木质素为原料，制备絮凝剂的方法。本发明利用木质素本身的三维网状结构，使接枝后的絮凝剂具有超支化结构，提高絮凝剂的絮凝效果。缺点是，作为原料的丙烯酰胺具有强烈的神经毒性，并且木质素具有不稳定性。专利CN103145919A中公开了一种以纳米凹凸棒及阳离子单体丙烯酰胺为原料制备絮凝剂的方法，通过在纳米材料凹凸棒上接枝有机聚合物，实现纳米凹凸棒-高分子级别的复合，改善传统絮凝剂的耐老化性，但是纳米凹凸棒上的活性位点较少，因为聚合物的相互缠绕，容易生成空间位阻，降低接枝率。专利CN105502603A中公开了一种以胺基聚合物和纳米氢氧化铝为原料的一种纳米絮凝剂的制备方法，利用纳米微粒独特的小尺寸效应、表面效应及量子效应等与胺基聚合形成无机有机复合材料，提高絮凝效果，缺点是容易出现残留，并且使用后会降低水中的pH值，使用范围较窄。

现有技术中复合絮凝剂中的有机组分通常采用聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺作为一种水溶性聚合物，由于在其大分子链中，有大量的乙胺基，所以具有很强的吸附性能，能够达到高效絮凝的效果，已广泛应用于水处理领域。但聚丙烯酰胺在剪切作用下极其不稳定，它还含有有毒得残留单体，具有强烈的神经毒性，容易引起二次污染。其次，复合絮凝剂接枝聚合的过程中，由于枝化结构不可控，接枝聚合达到一定程度，会在颗粒的表面形成缠绕性聚合物层，逐渐形成动力屏障，产生阻止单体分子扩散的动力障碍，抑制颗粒表面的活性部位接枝聚合，降低接枝率，影响絮凝剂的复配效果。另外，由于纳米颗粒具有较高的表面活性而易团聚，分散性不好而影响使用效果。因此，寻找价格低，性能高效，环境友好，不产生二次污染的新型絮凝剂成了当前絮凝剂研究的重点。

为克服现有技术的复合絮凝剂存在的含有毒成分残留安全性较低、稳定性较差、使用范围较窄以及有机组分聚合过程中枝化结构不可控影响絮凝剂复配效果等缺陷，一种具有消毒、杀菌、吸附Cu²⁺等重金属离子、吸附CrO₄^2-等有毒阴离子、环保、价廉、抗老化等优良性能的有机无机复合絮凝剂及其制备方法亟待开发。

发明内容