基于阳离子单宁改性粘土的复合絮凝剂及其制备方法、封闭水体的治理方法技术

本发明专利技术提供一种基于阳离子单宁改性粘土的复合絮凝剂，该复合絮凝剂具有以阳离子单宁为壳体，以粘土材料为核芯的核‑壳结构；其中，所述阳离子单宁以植物单宁为基材，以乙醇胺或二乙醇胺、甲醛为原料，通过曼尼希反应制得。本发明专利技术还提供一种基于阳离子单宁改性粘土的复合絮凝剂的制备方法、封闭水体的治理方法。本发明专利技术的复合絮凝剂沉降性能好，可快速净化水体，绿色环保，且投加量少，成本低，具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于阳离子单宁改性粘土的复合絮凝剂及其制备方法、封闭水体的治理方法
本专利技术属于水处理
，具体而言涉及一种基于阳离子单宁改性粘土的复合絮凝剂及其制备方法、封闭水体的治理方法。
技术介绍
封闭水体是指自然或者人工建造的湖泊、池塘等，有一定功能性的水体，具有封闭性较强、水体基本不流动、自净功能差的特点。由于封闭水体内水的流动性较差，进入水体的外源污染物和水体内产生的内源污染物仅能依靠水体的自净实现污染物的降解，一旦污染物的总量超出水体的自净能力，将会造成水质恶化。现有技术中对水质恶化的封闭水体的治理通常的步骤是：一控源截污；二底泥清除；三是人工修复。其中，人工修复常用的技术包括投加生物菌剂、净化藻类、食藻虫、投放水生动物、种植水生植物、人工增氧等。有效的水体净化技术往往需要上述技术的综合运用。总体来说，水质恶化水体的治理难度较大，治理成本较高。粘土絮凝法是一种常见的天然水体水质净化方法，其通过大量投加当地粘土以去除水体污染物，快速净化水体，具有低成本、易操作等优势，但也存在投加量大，效率低等问题。全世界学者就粘土絮凝存在的缺点采取了多种研究措施，发现采取粘土和其他化合物结合或施加物理方式直接或间接改性粘土能够很大的提高絮凝效率。目前，对粘土进行改性方法主要分为无机改性和有机改性等两大类，但这些改性方式均存在不同的优缺点。比如，无机改性方式如聚合氯化铝改性粘土絮凝剂具有絮凝效果好、价格低廉等特点，但残留的无机金属离子会造成环境风险；而有机改性方式如聚丙烯酰胺改性粘土絮凝剂的用量少、絮凝能力强、絮体粒径大，但不易降解性和残留丙烯酰胺单体的毒性限制了其在水处理中的推广应用。植物单宁又名植物多酚，是植物体复杂酚类的次生代谢产物。自然界中植物单宁的储量非常丰富，主要存在于植物的皮、根、叶和果肉中，是仅次于纤维素、木质素、半纤维素的第四大林副产品。天然提取的植物单宁的等电点较低(pHpzc＝2.0～3.0)，而天然水体胶体和人类活动造成的污染物通常以负电性为主，因此需要对植物单宁进行阳离子化改性。然而阳离子改性后的单宁仍然存在沉降性能差的问题，在处理天然水体时，会出现因风浪扰动导致的絮体可能难以沉降，从而影响其絮凝性能，且该种絮凝剂无法进行回收利用。因此，有必要开发一种高效低成本、绿色环保、环境适应性强的新型絮凝剂。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于阳离子单宁改性粘土的复合絮凝剂，该复合絮凝剂沉降性能好，可快速净化水体，绿色环保，且投加量少，成本低，具有很好的应用前景。本专利技术的另一目的在于提供一种基于阳离子单宁改性粘土的复合絮凝剂的制备方法。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种基于阳离子单宁改性粘土的复合絮凝剂，该复合絮凝剂具有以阳离子单宁为壳体，以粘土材料为核芯的核-壳结构；其中，所述阳离子单宁以植物单宁为基材，以乙醇胺或二乙醇胺、甲醛为原料，通过曼尼希反应制得。优选地，所述粘土为为高岭土、膨润土、硅藻土或蒙脱土。一种基于阳离子单宁改性粘土的复合絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：将单宁栲胶粉末溶解于水制成单宁溶液，将单宁溶液第一次升温后，向其中加入一定体积的乙二胺醇或乙二胺，第一次搅拌混合后，调节pH，得到第一混合溶液；将第一混合溶液进行第二次升温后，向其中加入一定量的甲醛，得到第二混合溶液，再将第二混合溶液进行第三次升温，并持续进行第二次搅拌反应；第二次搅拌结束后，向第二混合溶液中加入纯水，即得阳离子单宁；称取一定量的阳离子单宁和粘土，加入纯水搅拌至充分溶解分散，得到第三混合溶液；向第三混合溶液中缓慢滴加交联剂，充分反应；反应结束后，将反应产物加乙醇进行脱水脆化，之后进行真空干燥、粉碎碾磨，即得阳离子单宁改性粘土的复合絮凝剂。优选地，所述单宁栲胶的单宁含量为40～70％。优选地，所述二乙醇胺的投加体积与单宁栲胶的投加质量比为(19.4～23.4):5。优选地，所述乙醇胺的投加体积与单宁栲胶的投加质量比为(7.8～11.8):5。优选地，所述甲醛的投加体积与单宁栲胶的投加质量比为(3.8～23.8):25。优选地，所述阳离子植物单宁与粘土的质量比为1:1～10:1。优选地，所述交联剂为环氧氯丙烷，用量为阳离子单宁的0.05～5wt.％。优选地，所述第一次升温至温度65～75℃，第二次升温至温度75～85℃，第三次升温至温度85～90℃；第一次搅拌混合后，调节pH至6～7，得到第一混合溶液；所述第一次搅拌和第二次搅拌的时间为≥3h；向第三混合溶液中缓慢滴加交联剂，充分反应的时间≥12h。本专利技术目的的第三方面在于提供一种封闭黑臭水体的治理方法，包括以下步骤：在待处理水体的沿水流垂直方向的水底布置多排微纳米曝气装置，并将处理剂配置成处理剂储备液；之后进行曝气以确保水体中的溶解氧，再将处理剂储备液均匀投加至待处理水体中，投加速率大于水流速度；其中，所述处理剂为上述基于阳离子单宁改性粘土的复合絮凝剂。优选地，投加处理剂后，水体中处理剂浓度的满足条件为：每毫升水体中的处理剂的量为50～100mg。优选地，所述微纳米曝气装置每排每隔20m布置一台，每台微纳米曝气装置安装三个微纳米曝气头，并采用间隔曝气的方式，每次曝气12h，每两次曝气后间隔2h，保证水体溶解氧在5mg/L以上。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术的复合絮凝剂具有以阳离子单宁为壳体，以粘土材料为核芯的核-壳结构，该絮凝剂可以大量去除悬浮物和藻类等污染物，快速净化水体，显著提高水体水质，该絮凝剂利用密度较大的粘土作为核芯，增加了絮凝剂的整体密度，且粘土的添加使絮体粒径变大，综合作用，使絮体的沉降速度增加，提高了絮体的沉降性能；而且，其处理结束后絮体可快速分离，进行回收再利用，提高了固液分离能力，同时有效降低了成本。同时，本专利技术的复合絮凝剂用量少，因而减少了污泥产量，也削减了后续处理成本。2、本专利技术的复合絮凝剂中使用的单宁为可生物降解材料，粘土为无机矿物材料，两则均具有无害、无二次污染等优势，因此使用过程中绿色环保，在微污染景观水体、黑臭水体、高藻水体等天然水体的治理及污废水处理领域有很好的应用前景。3、本专利技术的复合絮凝剂的制备方法工艺简单，易于操作，且成本低，适宜进一步的工业生产应用。附图说明图1为实施例1中单宁、阳离子单宁和阳离子单宁改性粘土复合絮凝剂的ZETA电位图。图2为实施例1中阳离子单宁改性粘土复合絮凝剂处理高岭土悬液的效果图。图3为实施例2中阳离子单宁改性粘土复合絮凝剂处理高岭土悬液的效果图。具体实施方式为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。在本公开中参照附图来描述本专利技术的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本专利技术的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于阳离子单宁改性粘土的复合絮凝剂，其特征在于，该复合絮凝剂具有以阳离子单宁为壳体，以粘土材料为核芯的核-壳结构；/n其中，所述阳离子单宁以植物单宁为基材，以乙醇胺或二乙醇胺、甲醛为原料，通过曼尼希反应制得。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于阳离子单宁改性粘土的复合絮凝剂，其特征在于，该复合絮凝剂具有以阳离子单宁为壳体，以粘土材料为核芯的核-壳结构；
其中，所述阳离子单宁以植物单宁为基材，以乙醇胺或二乙醇胺、甲醛为原料，通过曼尼希反应制得。


2.根据权利要求1所述的基于阳离子单宁改性粘土的复合絮凝剂，其特征在于，所述粘土为高岭土、膨润土、硅藻土或蒙脱土。


3.一种权利要求1-2中任意一项所述的基于阳离子单宁改性粘土的复合絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将单宁栲胶粉末溶解于水制成单宁溶液，将单宁溶液第一次升温后，向其中加入一定体积的乙二胺醇或乙二胺，第一次搅拌混合后，调节pH，得到第一混合溶液；
将第一混合溶液进行第二次升温后，向其中加入一定量的甲醛，得到第二混合溶液，再将第二混合溶液进行第三次升温，并持续进行第二次搅拌反应；第二次搅拌结束后，向第二混合溶液中加入纯水，即得阳离子单宁；
称取一定量的阳离子单宁和粘土，加入纯水搅拌至充分溶解分散，得到第三混合溶液；向第三混合溶液中缓慢滴加交联剂，充分反应；反应结束后，将反应产物加乙醇进行脱水脆化，之后进行真空干燥、粉碎碾磨，即得阳离子单宁改性粘土的复合絮凝剂。


4.根据权利要求3所述的基于阳离子单宁改性粘土的复合絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述单宁栲胶的单宁含量为40～70％。


5.根据权利要求3所述的基于阳离子单宁改性粘土的复合絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述二乙醇胺的投加体积与单宁栲胶的投加质量比为(19.4～23.4):5。


6.根据权利要求3所述的基于阳离子单宁改性粘土的复合絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述乙醇胺的投加体积与单宁栲胶的投加质量比为(7.8～11.8):5。


7.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾扣泉，於昌峰，侯俊，周涛，杨梓俊，孙家兴，陈蕾，严拓，李静超，马明方，龚耀冲，巫修平，
申请(专利权)人：江苏煤炭地质勘探三队，
类型：发明
国别省市：江苏;32