[发明专利]一种磁性共价键型壳聚糖基改性絮凝剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于水处理领域，具体涉及一种磁性共价键型壳聚糖基改性絮凝剂及其制备方法和应用。本发明将阳离子单体和疏水单体通过接枝共聚反应引入壳聚糖分子中，保证了絮凝剂具有良好的稳定性，提高絮凝剂在絮凝过程中的电中和能力以及对油珠的破乳能力，增加了絮凝剂的溶解性，拓宽了絮凝剂的pH适用范围，降低了投加量，同时纳米Fe₃O₄具有超顺磁性，将其引入絮凝剂中，在外加磁场的作用下可以显著提高絮体的沉降性能，缩短沉降时间。实施例结果表明，本发明提供的絮凝剂亲油性好，絮凝性能优异，具有高效的油水分离能力、较宽的pH适用范围以及出色的可回收性能。

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及一种磁性共价键型壳聚糖基改性絮凝剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着现代工业的快速发展，石油开采、机械加工、冶金、制药、餐饮等行业含油废水排放问题日益突出。含油废水具有有机物浓度高、毒性大、成分复杂以及可生化性差等特点，直接排放会对环境及人体健康造成极大危害，并且含油废水中的油主要以乳化油形式存在，乳化油的尺寸小、稳定性强，难以通过离心或气浮等方式实现油水分离。

目前，含油废水常用的处理方法为化学混凝法，化学混凝法是将絮凝剂加入含油废水中，使水中的悬浮物颗粒或者胶体凝聚产生絮凝体，再将絮凝体从废水中分离从而去除污染物，使废水水质净化。化学混凝法是一种经济实用、操作简便、效果明显的污水处理技术，在水处理行业中被广泛应用，在废水处理中占有重要的地位。

化学混凝法处理废水的关键在于选择合适的絮凝剂，传统的无机絮凝剂，如硫酸铝钾、氯化铝、硫酸铁、氯化铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铝和活性硅土等，虽然对高浓度的含油废水处理效果较好，但是其高投加量导致铁、铝大量残留，同时pH值适用范围窄、制备成本较高等问题限制了其在废水处理中的应用；传统有机絮凝剂，如淀粉、蛋白质、动物胶、藻朊酸钠、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸盐、聚乙烯吡啶盐和聚乙烯亚胺等，存在用量大、残留毒性强等问题。近年来，天然高分子改性有机絮凝剂备受关注，此类絮凝剂具有投加量低、形成絮凝体快速密实、产泥少等优点，为其在含油废水混凝处理中的应用提供了可能。

壳聚糖是一种天然有机高分子材料，具有良好的生物可降解性，是制备绿色环保型絮凝剂的优良基材，但是将壳聚糖直接用作絮凝剂存在溶解性差、pH值适用范围窄等劣势。为了解决壳聚糖自身存在的问题，公开号为CN103387279A的中国专利公开了一种化学强键链接的强阳离子型接枝两性壳聚糖絮凝剂及其制法，该发明公开的絮凝剂将强阳离子单体引入壳聚糖表面，使其具有强阳离子基团，大幅提升了壳聚糖的水溶性和pH适用范围，对于疏水性的污染物如含油废水的处理能力不足。公开号为CN108359103A的中国专利公开了一种疏水改性壳聚糖絮凝剂及其制备方法和应用，该发明采用疏水改性的方法，引入疏水基团，得到疏水改性的壳聚糖絮凝剂，提高了壳聚糖和疏水污染物的相互作用，有利于去除水中疏水污染物，但该发明所制备絮凝剂应用于含油废水的处理中存在絮凝后絮体与油珠难以分离的缺点，产生的大量的含油污泥絮体也不利于进行后续的处理和回用。

为实现油珠和水的快速分离，现有技术将磁性纳米颗粒应用于含乳化油污水的处理中，由于磁性纳米粒子表面易于修饰，在外加磁场条件下分离效率高、易回收重复利用等特性，使得磁性纳米粒子在乳化油废水处理中有着广泛的应用前景。公开号为CN111285435A的中国专利公开了一种可回收的氧化石墨烯基季铵化壳聚糖破乳剂及其制备方法，其中通过氧化石墨烯、季铵化壳聚糖和四氧化三铁纳米颗粒制备一种新型破乳剂，该发明制备的破乳剂具有良好的破乳性能和絮凝性，但其合成过程中需保持较高的反应温度，并且使用的重要原料氧化石墨烯的价格昂贵，不利于工业化大规模应用。

由此看来，现有以壳聚糖为基础进行改性的絮凝剂和破乳剂存在着亲油性差、难分离、絮凝效果不佳以及制备成本高昂等不足。

发明内容