公布日：2024.12.13
申請日：2024.09.23
分類號：C02F11/148(2019.01)I
摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)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(fù)兩種電荷，正電荷能夠與帶負(fù)電的有機(jī)懸浮物結(jié)合，負(fù)電荷能夠加速無機(jī)懸浮物下沉，表面的聚丙烯酰胺含有有機(jī)硅鏈段能夠提升脫水劑的疏水效果，在吸附懸浮物的同時(shí)達(dá)到隔水效果，且表面含有鐵基金屬有機(jī)框架，與表面正電荷復(fù)配能夠破壞污泥胞外聚合物的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，進(jìn)而讓有機(jī)物分散，釋放內(nèi)部水分，同時(shí)有機(jī)物能夠被表面的環(huán)糊精空腔和內(nèi)部的多孔空腔包覆，使得污泥脫水效果進(jìn)一步提升。
權(quán)利要求書
1.一種復(fù)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(fù)合載體、對苯二甲酸、六水合三氯化鐵和DMF混合反應(yīng)，制得預(yù)處理載體，將預(yù)處理載體、丙烯酰氯、三乙胺和DMF混合反應(yīng)，制得改性載體；步驟A2：將八甲基環(huán)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(yīng)，制得氨基聚硅氧烷，將氨基聚硅氧烷、環(huán)氧丁烯和DMF混合反應(yīng)，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(yīng)，制得復(fù)合污泥脫水劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合污泥脫水劑的制備方法，其特征在于：步驟A1所述的復(fù)合載體、對苯二甲酸和六水合三氯化鐵的質(zhì)量比為1:1:1.8，預(yù)處理載體、丙烯酰氯和三乙胺的用量比為1g:10mmol:10mmol。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)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(huán)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(huán)氧丁烯的摩爾比為1:4。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合污泥脫水劑的制備方法，其特征在于：所述的復(fù)合載體由如下步驟制成：步驟B1：將木質(zhì)素、氫氧化鈉、乙醇和去離子水混合攪拌后，加入氯乙酸，繼續(xù)反應(yīng)，制得羧基木質(zhì)素，將羧基木質(zhì)素分散在甲苯中，加入KH550和二環(huán)己基碳二亞胺，進(jìn)行反應(yīng)，制得改性木質(zhì)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(zhì)素和正硅酸乙酯混合攪拌，升溫反應(yīng)后，過濾去除濾液，將底物加入馬弗爐中焙燒，制得前驅(qū)體，將前驅(qū)體分散在乙醇中攪拌并加入KH550和去離子水，進(jìn)行反應(yīng)，制得改性前驅(qū)體；步驟B3：將β-環(huán)糊精、環(huán)氧氯丙烷、三氟化硼乙醚和DMF混合反應(yīng)后，加入氫氧化鈉溶液，升溫反應(yīng)，制得改性環(huán)糊精，將改性環(huán)糊精、改性前驅(qū)體和DMF混合反應(yīng)后，加入2-氨基對苯二甲酸，繼續(xù)反應(yīng)，制得復(fù)合載體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種復(fù)合污泥脫水劑的制備方法，其特征在于：步驟B1所述的木質(zhì)素、氫氧化鈉和氯乙酸的質(zhì)量比為5:10:3，羧基木質(zhì)素上的羧基、KH550和二環(huán)己基碳二亞胺的摩爾比為1:1:1.1。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種復(fù)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(zhì)素和正硅酸乙酯的質(zhì)量比為5:3:10，KH550的用量為前驅(qū)體質(zhì)量的1%。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種復(fù)合污泥脫水劑的制備方法，其特征在于：步驟B3所述的β-環(huán)糊精、環(huán)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(huán)糊精、改性前驅(qū)體和2-氨基對苯二甲酸的質(zhì)量比為5:1:3。
9.一種復(fù)合污泥脫水劑，其特征在于：根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述的制備方法制備而成。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合污泥脫水劑及其制備方法，解決了現(xiàn)階段污泥脫水劑脫水效果一般，且用量大的問題。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種復(fù)合污泥脫水劑的制備方法，由如下步驟制成：步驟A1：將復(fù)合載體、對苯二甲酸、六水合三氯化鐵和DMF混合均勻，在轉(zhuǎn)速為150-200r/min，溫度為80-85℃的條件下，進(jìn)行反應(yīng)20-25h，制得預(yù)處理載體，將預(yù)處理載體、丙烯酰氯、三乙胺和DMF混合均勻，在轉(zhuǎn)速為200-300r/min，溫度為30-40℃的條件下，進(jìn)行反應(yīng)6-8h，制得改性載體；步驟A2：將八甲基環(huán)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?dú)獗Ｗo(hù)，在轉(zhuǎn)速為150-200r/min，溫度為90-95℃的條件下，進(jìn)行反應(yīng)3-5h，制得氨基聚硅氧烷，將氨基聚硅氧烷、環(huán)氧丁烯和DMF混合均勻，在轉(zhuǎn)速為120-150r/min，溫度為30-40℃，pH值為11-12的條件下，進(jìn)行反應(yīng)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(zhuǎn)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(jìn)行反應(yīng)3-4h，制得復(fù)合污泥脫水劑。
進(jìn)一步，步驟A1所述的復(fù)合載體、對苯二甲酸和六水合三氯化鐵的質(zhì)量比為1:1:1.8，預(yù)處理載體、丙烯酰氯和三乙胺的用量比為1g:10mmol:10mmol。
進(jìn)一步，步驟A2所述的八甲基環(huán)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(huán)氧丁烯的摩爾比為1:4。
進(jìn)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(zhì)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(jìn)一步，所述的復(fù)合載體由如下步驟制成：步驟B1：將木質(zhì)素、氫氧化鈉、乙醇和去離子水混合均勻，在轉(zhuǎn)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(xù)反應(yīng)1-2h，調(diào)節(jié)pH值為酸性，制得羧基木質(zhì)素，將羧基木質(zhì)素分散在甲苯中，加入KH550和二環(huán)己基碳二亞胺，在轉(zhuǎn)速為200-300r/min，溫度為20-25℃的條件下，進(jìn)行反應(yīng)3-5h，制得改性木質(zhì)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(zhì)素和正硅酸乙酯混合，在轉(zhuǎn)速為800-1000r/min，溫度為60-70℃的條件下，攪拌30-40min，升溫至200-210℃，進(jìn)行反應(yīng)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(hù)的條件下，焙燒2-3h，制得前驅(qū)體，將前驅(qū)體分散在乙醇中，在轉(zhuǎn)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(jìn)行反應(yīng)3-5h，制得改性前驅(qū)體；步驟B3：將β-環(huán)糊精、環(huán)氧氯丙烷、三氟化硼乙醚和DMF混合均勻，在轉(zhuǎn)速為120-150r/min，溫度為65-70℃的條件下，進(jìn)行反應(yīng)2-3h后，加入氫氧化鈉溶液，升溫至75-80℃，進(jìn)行反應(yīng)3-5h，制得改性環(huán)糊精，將改性環(huán)糊精、改性前驅(qū)體和DMF混合均勻，在轉(zhuǎn)速為200-300r/min，溫度為30-40℃，pH值為10-11的條件下，進(jìn)行反應(yīng)3-5h后，加入2-氨基對苯二甲酸，繼續(xù)反應(yīng)3-5h，制得復(fù)合載體。
進(jìn)一步，步驟B1所述的木質(zhì)素、氫氧化鈉和氯乙酸的質(zhì)量比為5:10:3，羧基木質(zhì)素上的羧基、KH550和二環(huán)己基碳二亞胺的摩爾比為1:1:1.1。
進(jìn)一步，步驟B2所述的十六烷基三甲基溴化銨、改性木質(zhì)素和正硅酸乙酯的質(zhì)量比為5:3:10，KH550的用量為前驅(qū)體質(zhì)量的1%。
進(jìn)一步，步驟B3所述的β-環(huán)糊精、環(huán)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%，改性環(huán)糊精、改性前驅(qū)體和2-氨基對苯二甲酸的質(zhì)量比為5:1:3。
本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明制備的一種復(fù)合污泥脫水劑以復(fù)合載體、對苯二甲酸和六水合三氯化鐵為原料，在復(fù)合載體表面形成鐵基金屬有機(jī)框架，制得預(yù)處理載體，將預(yù)處理載體和丙烯酰氯反應(yīng)，使得預(yù)處理載體上的羥基和丙烯酰氯上的酰氯反應(yīng)，使得預(yù)處理載體表面接枝雙鍵，制得改性載體，將八甲基環(huán)四硅氧烷開環(huán)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(huán)氧丁烯反應(yīng)，使得氨基聚硅氧烷上的氨基和環(huán)氧丁烯上的環(huán)氧基反應(yīng)，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(fù)合載體以木質(zhì)素和氯乙酸為原料，在氫氧化鈉溶液的作用下，使得木質(zhì)素上分子中羥基轉(zhuǎn)變?yōu)榱u基鈉，再與氯乙酸上的氯原子位點(diǎn)反應(yīng)，制得羧基木質(zhì)素，將羧基木質(zhì)素和KH550在二環(huán)己基碳二亞胺的作用下，使得羧基木質(zhì)素上的羧基和KH550上的氨基脫水，制得改性木質(zhì)素，將改性木質(zhì)素和正硅酸乙酯水熱反應(yīng)，再在氬氣保護(hù)條件下焙燒，使得改性木質(zhì)素轉(zhuǎn)變?yōu)樘脊�，同時(shí)表面包覆多孔二氧化硅，制得前驅(qū)體，將前驅(qū)體用KH550處理，使得表面接枝氨基，制得改性前驅(qū)體，將β-環(huán)糊精和環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)，使得環(huán)氧氯丙烷上的環(huán)氧基和β-環(huán)糊精上的羥基反應(yīng)，再在氫氧化鈉溶液的作用下閉環(huán)形成新的環(huán)氧基，制得改性環(huán)糊精，將改性環(huán)糊精和改性前驅(qū)體反應(yīng)，使得改性環(huán)糊精上的環(huán)氧基和改性前驅(qū)體上的氨基反應(yīng)，加入2-氨基對苯二甲酸與剩余的環(huán)氧基反應(yīng)，制得復(fù)合載體。
該脫水劑表面含有正負(fù)兩種電荷，正電荷能夠與帶負(fù)電的有機(jī)懸浮物結(jié)合，負(fù)電荷能夠加速無機(jī)懸浮物下沉，表面的聚丙烯酰胺含有有機(jī)硅鏈段能夠提升脫水劑的疏水效果，在吸附懸浮物的同時(shí)達(dá)到隔水效果，且表面含有鐵基金屬有機(jī)框架，與表面正電荷復(fù)配能夠破壞污泥胞外聚合物的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，進(jìn)而讓有機(jī)物分散，釋放內(nèi)部水分，同時(shí)有機(jī)物能夠被表面的環(huán)糊精空腔和內(nèi)部的多孔空腔包覆，使得污泥脫水效果進(jìn)一步提升。
（發(fā)明人：陳海文;陳振永）
