一种有机高分子絮凝剂改性纳米零价铁及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种有机高分子絮凝剂改性纳米零价铁及其制备方法和应用，所述改性纳米零价铁是由有机高分子絮凝剂包裹纳米零价铁所形成，其具有均匀的粒径分布，且颗粒形状为分散的均匀球状。相对于现有技术，本发明专利技术纳米零价铁改性办法，使得纳米零价铁与有机高分子絮凝剂结合起来，得到的改性零价纳米铁分散性好，不易团聚。应用于污水及污泥处理中，对其中有机污染物和重金属去除作用效果好。本发明专利技术方法简单易行，改性效果明显，对污水和污泥的处理效果良好，降低其对环境的污染影响。

Modified nano zero valent iron modified by organic macromolecule flocculant and preparation method and application thereof

The invention discloses an organic polymer flocculant of modified nano zero valent iron and a preparation method and application of the modified nano zero valent iron is formed by the organic polymer flocculant coated nano zero valent iron, which has uniform particle size distribution and particle shape is spherical and homogeneous dispersion. Compared with the prior art, the nanometer zero valent iron modification method of the invention makes nano zero valent iron combine with an organic polymer flocculant, and the modified zero valent nano iron has good dispersivity and is difficult to agglomerate. Applied to sewage and sludge treatment, the organic pollutants and heavy metals removal effect is good. The method of the invention is simple and convenient, the modified effect is obvious, the treatment effect of sewage and sludge is good, and the influence on the environment is reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种有机高分子絮凝剂改性纳米零价铁及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种有机高分子絮凝剂改性纳米零价铁及其制备方法和应用，属于材料制备与改性领域。
技术介绍
铁化学性质活泼，来源丰富。特别地，纳米零价铁材料由于其具有尺度小、表面效应大、吸附能力强等特点，一直受到广泛关注。但纳米零价铁因其易氧化、易团聚，在实际应用中受到一定限制，因此一般利用表面修饰法对无机纳米颗粒的表面进行改性处理，通过改变颗粒表面物理化学性质，如表面能、组成、结构、官能团、光性、电性及吸附性能等，提高反应活性和处理效率，达到颗粒均匀稳定分散于体系中的目的。目前针对城市污水处理厂污水及污泥的处理，絮凝剂的投加是必不可少的，聚丙烯酰胺系列产品作为絮凝剂在国内水处理中使用最为广泛，但废水和污泥中的有机污染物、重金属污染问题没有得到有效解决，急需一种对各种废水进行处理，能高效促进污泥絮凝沉降的同时对其中有机污染物和重金属进行去除的材料。
技术实现思路
专利技术目的：为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种有机高分子絮凝剂改性纳米零价铁及其制备方法和应用。该制备改性方法操作简单，制备的改性纳米零价铁分散性能好，其能有效促进污泥絮凝沉降，降低污水和污泥中有机污染物和重金属浓度，实现了污水的处理和污泥的资源化利用。技术方案：为了实现上述专利技术目的，本专利技术公开了一种有机高分子絮凝剂改性纳米零价铁，其是由有机高分子絮凝剂包裹纳米零价铁所形成，其具有均匀的粒径分布，且颗粒形状为分散的均匀球状。本专利技术还公开了所述有机高分子絮凝剂改性纳米零价铁的制备方法，包括以下步骤：在氮气环境下，利用无水乙醇作为保护剂，将纳米零价铁和有机高分子絮凝剂混合搅拌，然后滴加还原剂溶液，滴加结束后搅拌使有机高分子絮凝剂充分包裹纳米零价铁，然后静置陈化，过滤取黑色沉淀，清洗，干燥，保存，即得。具体，所述有机高分子絮凝剂改性纳米零价铁的制备方法，包括以下步骤：(1)反应器前处理：向反应器中持续通氮气10-60min，除去其中氧气。(2)材料的加入：经反应器前处理后，在氮气环境下，加入一定量的纳米零价铁，快速加入适量无水乙醇作为保护剂，再向其中加入有机高分子絮凝剂，具体为阴离子有机高分子絮凝剂、阳离子有机高分子絮凝剂或两性离子有机高分子絮凝剂中的一种，150-400r/min转速下搅拌。(3)材料的包裹混合：取过量的还原剂溶液，放入恒压漏斗中，在氮气环境及搅拌状态下，以1-2滴/秒的速度滴入反应器中，待滴定完全后搅拌1-2h使有机高分子絮凝剂充分包裹纳米零价铁，静置陈化。(4)材料保存：将混合溶液用装有0.22μm水系微孔滤膜的布氏漏斗进行过滤，除去上清液，取得黑色沉淀，用无水乙醇清洗4-6遍，将取得的黑色产物放入真空干燥箱中低温干燥，得到改性纳米零价铁，于真空干燥器中密闭保存待用。优选：步骤(2)中所加的有机高分子絮凝剂是指干燥后的阴离子有机高分子絮凝剂、阳离子有机高分子絮凝剂、两性离子有机高分子絮凝剂中的一种，其中阴离子有机高分子絮凝剂为聚丙烯酸钠、丙烯酰胺与聚丙烯酸共聚物或聚苯乙烯磺酸钠等；阳离子有机高分子絮凝剂主要为阳离子聚丙烯酰胺；两性离子有机高分子絮凝剂主要为两性型聚丙烯酰胺絮凝剂。步骤(2)中所加的纳米零价铁的质量是有机高分子絮凝剂质量的1.5-3倍。步骤(3)中还原性溶液为1.0-5.0mol/L的硼氢化钾或硼氢化钠溶液等还原性溶液。步骤(3)中加入还原性溶液以溶解有机高分子絮凝剂的同时为反应器营造还原条件。步骤(2)、(3)中搅拌的转速为150-400r/min。本专利技术最后还提供了所述的有机高分子絮凝剂改性纳米零价铁在污水或污泥的絮凝沉淀，以及去除其中有机污染物和重金属中的应用。本专利技术所得的改性纳米零价铁有很好的分散性，没有发生团聚。将其用于污水或污泥处理中，具体如下：(1)投加一定量的有机高分子絮凝剂改性纳米零价铁于废水或污水处理厂污泥中，投加的有机高分子絮凝剂改性纳米零价铁在污水中浓度为50-200mg/L，与污泥质量比为0.1-0.5‰，搅拌混匀；(2)结合污水处理厂后续工艺对其进行处理。技术效果：相对于现有技术，本专利技术纳米零价铁改性办法，使得纳米零价铁与有机高分子絮凝剂结合起来，得到的改性零价纳米铁分散性好，不易团聚。应用于污水及污泥处理中，对其中有机污染物和重金属去除作用效果好。本专利技术方法简单易行，改性效果明显，对污水和污泥的处理效果良好，降低其对环境的污染影响。附图说明图1为未改性纳米零价铁的SEM图；图2为实施例1中有机高分子絮凝剂改性纳米零价铁的SEM图；图3为未改性纳米零价铁的实物图；图4为实施例2中经有机高分子絮凝剂改性纳米零价铁的实物图。具体实施方式下面结合附图进一步描述本专利技术的技术解决方案。实施例1(1)反应器前处理：向反应器中持续通氮气60min，除去其中氧气。(2)材料的加入：经反应器前处理后，在氮气环境下，加入2g纳米零价铁，快速加入10mL无水乙醇作为保护剂，再向其中加入1g聚丙烯酸钠粉末，以200r/min转速搅拌。(3)材料的包裹混合：取20mL的3.0mol/L的硼氢化钾溶液作为还原剂溶液，放入恒压漏斗中，在氮气环境及搅拌状态下，以2滴/秒的速度滴入反应器中，待滴定完全后搅拌2h使其充分包裹纳米零价铁，静置陈化。其中搅拌转速200r/min。(4)材料保存：将反应后的溶液用装有0.22μm水系微孔滤膜的布氏漏斗进行过滤，除去上清液，取得黑色沉淀，用无水乙醇清洗6遍，将取得的黑色产物放入真空干燥箱中低温干燥，得到改性纳米零价铁，于真空干燥器中密闭保存待用。未处理过的纳米零价铁的SEM图见图1，经以上步骤处理的纳米零价铁的SEM图见图2。可见经阴离子有机高分子絮凝剂改性后的纳米零价铁具有均匀的粒径分布，且颗粒形状为分散的球状，纳米零价铁被有机高分子絮凝剂包裹成均匀球形，氧化态铁含量很少。将其用于污泥处理中，具体如下：(1)投加一定量的聚丙烯酸钠改性后纳米零价铁于污水处理厂污泥溶液中，使其占污泥质量比为0.5‰，搅拌混匀，得到混凝污泥；(2)结合污水处理厂污泥后续工艺对污泥进行处理。经聚丙烯酸钠改性后的纳米零价铁处理后的污泥中的氯苯、苯并芘、多氯联苯三种有机物含量以及Cd、Cr、Cu三种重金属浓度如下表。实施例2(1)反应器前处理：向反应器中持续通氮气30min，除去其中氧气。(2)材料的加入：经反应器前处理后，在氮气环境下，加入3g纳米零价铁，快速加入10mL无水乙醇作为保护剂，再向其中加入1g阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂粉末，以250r/min转速搅拌。(3)材料的包裹混合：取20mL的4.0mol/L的硼氢化钠溶液作为还原剂溶液，放入恒压漏斗中，在氮气环境及搅拌状态下，以2滴/秒的速度滴入反应器中，待滴定完全后搅拌2h使其充分包裹纳米零价铁，静置陈化。(4)材料保存：将反应后的溶液用装有0.22μm水系微孔滤膜的布氏漏斗进行过滤，除去上清液，取得黑色沉淀，用无水乙醇清洗5遍，将取得的黑色产物放入真空干燥箱中低温干燥，得到改性纳米零价铁，于真空干燥器中密闭保存待用。图3为未改性纳米零价铁，其暴露在空气中极容易被氧化，团聚成较大块状物，被氧化的零价铁由黑色变成了深棕色；图4为阳离子絮凝剂改性后的零价纳米铁，其暴露在空气中未被氧化，并有很好的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机高分子絮凝剂改性纳米零价铁，其特征在于，其是由有机高分子絮凝剂包裹纳米零价铁所形成，其具有均匀的粒径分布，且颗粒形状为分散的均匀球状。

【技术特征摘要】
1.一种有机高分子絮凝剂改性纳米零价铁，其特征在于，其是由有机高分子絮凝剂包裹纳米零价铁所形成，其具有均匀的粒径分布，且颗粒形状为分散的均匀球状。2.权利要求1所述有机高分子絮凝剂改性纳米零价铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在氮气环境下，利用无水乙醇作为保护剂，将纳米零价铁和有机高分子絮凝剂混合搅拌，然后滴加还原剂溶液，滴加结束后搅拌使有机高分子絮凝剂充分包裹纳米零价铁，然后静置陈化，过滤取黑色沉淀，清洗，干燥，保存，即得。3.根据权利要求2所述有机高分子絮凝剂改性纳米零价铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)反应器前处理：向反应器中持续通氮气10-60min，除去其中氧气；(2)材料的加入：经反应器前处理后，在氮气环境下，加入一定量的纳米零价铁，快速加入适量无水乙醇作为保护剂，再向其中加入有机高分子絮凝剂并搅拌；(3)材料的包裹混合：取过量的还原剂溶液，放入恒压漏斗中，在氮气环境及搅拌状态下，以1-2滴/秒的速度滴入反应器中，待滴定完全后搅拌1-2h使有机高分子絮凝剂充分包裹纳米零价铁，静置陈化；(4)材料保存：将混合溶液用装有0.22μm水系微孔滤膜的布氏漏斗进行过滤，除去上清液，取得黑色沉淀，用无水乙醇清洗4-6遍，将取得的黑色产物放入真空干燥箱中低温干燥，得到改性纳米零价铁，于真空干燥器...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝建中，付婷，方园园，朱晓强，苏雅，徐菲菲，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32