[发明专利]用于分离高浊水中悬浮微粒的双复配磁改性絮凝剂及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种用于分离高浊水中悬浮微粒的双复配磁改性絮凝剂及其制备和应用，所述磁改性絮凝剂基于壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺两种絮凝剂溶液预先混合复配后，再与Fe₃O₄磁颗粒双复配自组装双复配制得。进一步优化了磁絮凝剂制备，适用范围不受pH限制。该优化后的双复配自组装磁改性絮凝剂，不仅克服了壳聚糖在使用时难溶解、易受操作条件限制等问题，并且能多次回收后再使用，效果稳定。与一般磁絮凝分离悬浮微粒相比，该方法进一步降低絮凝剂投加量，大幅度提升分离效率，且效果稳定、操作简单，所处理高浊水体无需预处理，使收集成本再次降低。

技术领域

本发明属于水处理工程分离技术领域，具体涉及用于分离高浊水中悬浮微粒的双复配磁改性絮凝剂及其制备和应用。

背景技术

在自然水环境和城市水环境中，受自然条件、人类生产生活等各种因素的影响，使水体中常有大量的悬浮微粒，如矿物碎屑、泥沙、微生物和生物残骸，以及一些有机、无机物聚集成的絮凝体。这些悬浮微粒以胶体状态在水体中长期悬浮存在，造成水体水质下降、透明度降低，一些有机悬浮微粒经长期沉积后厌氧发酵，使水质进一步恶化。因此，采用高效的方法去除水体中悬浮微粒，对于水体表观污染改善和水质提升，具有重要的研究意义。

目前对于高浊水中悬浮微粒的分离去除，主要包括离心分离、过滤截流、吸附和浮选法等。絮凝法作为化学法的一种，通过投加化学药剂，使水体中的悬浮微粒逐渐聚集并生长成更大的絮体，或形成絮团，加快悬浮微粒聚沉，实现固液分离。传统化学絮凝法通过与悬浮微粒间的架桥作用，促进悬浮微粒集聚，但该方法通常耗时较长，一般为30-120min，且投加的金属盐类絮凝剂易造成水环境二次污染。

磁絮凝分离技术目前正广泛应用于水处理中，通过向待处理的悬浊液中投加一定浓度的磁性材料，使磁性材料和悬浮微粒以电荷中和、网捕架桥、卷扫等方式凝聚和聚集，再在外加磁场作用下，实现悬浮微粒高效分离。为了提高对悬浮微粒的分离效率，磁性材料在使用前通常会进行功能化包覆。所谓功能化，主要以Fe₃O₄为磁核，在其表面包覆一定的聚合物，形成具有核-壳结构的磁性复合材料。常用于Fe₃O₄包覆的聚合物包括无机类、有机类和生物类聚合物等。其中，生物类聚合物因具有低毒、环境友好的特性，已逐渐成为研究热点。

壳聚糖是天然甲壳素脱乙酰基后的产物，具有无毒、可降解性、生物相容性，是自然界中大量存在的天然碱性多糖。由于壳聚糖的分子结构中存在大量氨基、羟基等活性基团，使其分子内部和分子间形成大量的氢键，并赋予壳聚糖稳定的理化性质和较高的结晶度，因此，壳聚糖常常难溶于水。在酸性溶液中(pH≤6.5)，壳聚糖分子结构中的–NH₂基团易被质子化成从而具有较好的吸附和絮凝特性。目前有关壳聚糖在水处理中的应用，多数是先对壳聚糖分子上活性基团进行功能化修饰，如醚化改性、酰化改性、聚合物接枝化改性等，以提高其水溶性和絮凝捕集特性，但这些合成改性过程较为复杂，且操作条件不易控制。因此，研究开发一种高效、稳定的壳聚糖基磁性复合材料，并应用于高浊水中悬浮微粒的分离去除，具有重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于分离高浊水中悬浮微粒的双复配磁改性絮凝剂。

本发明的再一目的是提供一种用于分离高浊水中悬浮微粒的双复配磁改性絮凝剂的制备方法。

本发明的再一目的是提供利用双复配自组装磁改性絮凝剂分离高浊水中悬浮微粒的方法。

为实现上述目的，以解决现有技术中存在的上述问题，用本发明的这种原料和方法制备的絮凝剂，能够快速分离高浊水中悬浮微粒，实现多次重复回收和再使用，效果稳定，且上清液中无絮凝剂残留。

本方案采用如下方案：用于分离高浊水中悬浮微粒的双复配磁改性絮凝剂，所述磁改性絮凝剂基于壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺两种絮凝剂溶液预先混合复配后，再与Fe₃O₄磁颗粒自组装双复配制得。