[发明专利]矸石基原料制备杂化絮凝剂工艺和该工艺制备出的杂化絮凝剂

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种物质的制备工艺和根据该工艺制备所得的物质，特别是从煤矸石或者粉煤灰中制备杂化絮凝剂的工艺方法，以及用该工艺制备出的杂化絮凝剂。

【背景技术】

在污水处理过程中絮凝沉淀技术是一种处理效率高，既经济又简便的物化技术。所使用的高分子絮凝剂分为无机高分子絮凝剂和合成有机高分子絮凝剂两大类，传统的无机高分子絮凝剂由于其用药量大，沉降速率慢，并有一定的腐蚀性，受环境影响大，且由此引发的二次污染，制约其发展。有机絮凝剂用于污水处理始于50年代末，它与无机絮凝剂相比有更多优点，如：投加量少、絮凝能力强、形成的絮体大、不易破碎、产生的废渣少、无腐蚀性，受盐类、pH值及温度影响小，但其价格较贵，且有些具有一定毒副作用，单独使用时效果有限。因此，为提高处理效率，近年来人们综合无机、有机高分子絮凝剂优势，常将二者复配使用，但在水处理实际操作过程中通常需要将无机和有机高分子絮凝剂分步加入，工艺繁琐，设备投资大，致使使用成本相应偏高。基于此，复合型絮凝剂应运而生，它能克服使用单一絮凝剂的许多不足，适应范围广，对低浓度或高浓度水质、有色废水、多种工业废水都有良好的净水效果，提高絮凝过程中有机物的去除率，并能降低残留金属离子浓度，减少二次污染，在提高处理效率高的基础上降低了处理成本，简化操作工艺。

当前研究较多的复合絮凝剂有无机-无机复合型、无机-合成有机高分子复合型，而无机-天然有机高分子复合型絮凝剂的研究报道相对较少，而对于无机-有机杂化物的研究报道更是少见。如国家知识产权局2010年6月2日公布的，公布号为CN 101717141A的发明专利申请《一种有机无机原位复合絮凝剂及其制备方法》公开了一种合成工艺，以无机粉末为分散相，加入丙烯酰胺、引发剂和溶剂组成混合溶液体系，在40～70℃进行原位聚合反应10～24小时；其中，无机粉末占溶液体系的质量百分比为1～60％，丙烯酰胺占溶液体系的质量百分比为1～50％，引发剂与丙烯酰胺的质量比为0.5～2∶100。所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰或过氧化氢。该专利申请中实施例6为用粉煤灰作为无机粉末，丙烯酰胺和丙烯酸作为共聚单体原位聚合制备有机无机复合絮凝剂。具体操作为：将0.2g粉煤灰溶于50ml蒸馏水中，加入3g丙烯酰胺、2g丙烯酸，60mg偶氮二异丁腈60℃反应12小时，通氮气回流，反应后得到凝胶状材料，真空干燥后破碎。但是该种无机-有机杂化絮凝剂制备方法存在以下不足之处：①原材料选用，选用未处理的粉煤灰为原材料，原料利用度差；②引发剂的选择，选用过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰或过氧化氢为引发剂，聚合引发效率低；③因为产品稳定性因素，所得产品需要真空干燥，但真空干燥后得到的产品硬度很大，粉碎较困难，而且粉碎后的产品在污水中难以分散，影响絮凝效果。高效合理充分利用固体废弃物合成其杂化絮凝剂的研究少见报道。

固体废弃物变废为宝，以废治废，是环境治理及废物再资源化最有前途的发展方向。矸石基原料主要包括煤矸石和粉煤灰。我国是全球最大的煤开采国，随煤的开采被带到地面的煤矸石，已成为最大的固体废物源，因此煤矸石的综合处理已成为人们非常关注和亟待解决的问题。煤矸石中含有大量的铁、硅、铝等元素，利用其合成无机絮凝剂近年来已引起人们极大的研究热情。而粉煤灰是经过电厂高温灼烧后的产物，其中硅、铝、铁元素可以溶出，因此利用粉煤灰制备各种絮凝剂近年来也是絮凝剂领域的一个研究热点。本发明人于2010年06月10日向中国国家知识产权局申请的，申请号为201010197036.5的名为《矸石基原料制备聚硅铝铁的工艺和该工艺制备出的聚硅铝铁絮凝剂》中公开了一种以矸石基物料为主要原料制备无机高分子絮凝剂——聚硅铝铁的工艺，在合成过程中，活性矸石基原料备料、加热加压下碱提、加热加压下酸提、加热情况下缓慢浓缩聚合成为聚硅铝铁絮凝剂。该工艺所制备出聚硅铝铁絮凝剂，其特征在于为黄褐色半固体物质。但该种工艺酸提碱提后滤渣往往废弃，利用并不充分。

【发明内容】

本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，提供一种利用矸石基原料制备杂化絮凝剂工艺和该工艺制备出的杂化絮凝剂，该种工艺利用提取了硅铝铁元素的煤矸石废渣为基材，经过与丙烯酰胺在引发剂的作用下聚合得到廉价高效的矸石基-杂化絮凝剂。

本发明解决其技术问题的技术方案是：一种矸石基原料制备杂化絮凝剂工艺，其特征在于：以矸石基物料为主要原料，制备杂化絮凝剂，在合成过程中，粉碎活化矸石基原料经过碱提、酸提、洗至中性的滤渣中加入丙烯酰胺，在氮气保护下，加入引发剂引发聚合，其具体工艺步骤如下：