基于磁性纳米粒子的絮凝聚合物及其制备方法和应用以及处理含油污水的方法技术

本发明专利技术涉及絮凝剂领域，公开了一种基于磁性纳米粒子的絮凝聚合物及其制备方法和应用以及处理含油污水的方法。本发明专利技术提供的絮凝聚合物具有吸附性强，能够高效去除污水中的含油物质和悬浮物等特点。并且，该絮凝聚合物少量使用即可达到较好的絮凝除油效果，还能够结合磁分离器进行回收重复使用。将其应用于例如原油污水等含油污水的处理中，能够实现高效、低成本、可持续化污水处理。可持续化污水处理。

【技术实现步骤摘要】
基于磁性纳米粒子的絮凝聚合物及其制备方法和应用以及处理含油污水的方法


[0001]本专利技术涉及絮凝剂领域，具体地，涉及一种基于磁性纳米粒子的絮凝聚合物及其制备方法和应用以及处理含油污水的方法。

技术介绍

[0002]随着石油产业的发展，油田污水的处理量逐渐增加，并且其中的成分越来越复杂，处理难度逐步增大。目前油田污水处理过程中存在的主要问题是药剂投加量大，污泥产量高，絮体沉降速度慢，处理成本居高不下等。开发沉降速度快、投药量小、处理效率高的絮凝剂能够有效解决上述问题。
[0003]磁分离技术是近年来开发的最有前途的污水处理技术之一，其主要方法为采用具有磁性并且能够吸附污水中的污染物的磁种加入污水中，通过磁分离器对吸附后的磁种进行回收，不仅实现了高效污水处理，并且还能够实现磁种的循环使用，更利于可持续发展的实现。
[0004]Fe3O4磁性纳米粒子是一类重要的絮凝磁种，具有独特的磁性、化学稳定性、生物无毒性以及兼容性，适合于含油污水，尤其是油田污水的磁分离处理中使用。而通过表面修饰能够进一步地提高Fe3O4磁性纳米粒子的吸附性能，赋予其新的物理化学性质，使其能够更适应油田污水处理的需要。然而，现有的表面修饰方法存在诸多弊端，例如对Fe3O4磁性纳米粒子的磁性产生不利影响，修饰效率低，处理效果不理想等。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术的存在上述的问题，提供一种基于磁性纳米粒子的絮凝聚合物及其制备方法和应用以及处理含油污水的方法。该絮凝聚合物具有吸附能力强，在水中形成的胶体稳定性好，能够高效去除污水中的含油物质和悬浮物等特点。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种基于磁性纳米粒子的絮凝聚合物，所述基于磁性纳米粒子的絮凝聚合物包括改性纳米Fe3O4提供的结构单元；
[0007]其中，所述改性纳米Fe3O4包括包覆聚多巴胺层的纳米Fe3O4粒子与接枝于所述聚多巴胺层上的阳离子聚合物。
[0008]本专利技术第二方面提供一种基于磁性纳米粒子的絮凝聚合物的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0009]在自由基聚合的条件下，将改性纳米Fe3O4与引发剂混合；
[0010]其中，所述改性纳米Fe3O4包括包覆聚多巴胺层的纳米Fe3O4粒子与接枝于所述聚多巴胺层上的含双键的阳离子单体。
[0011]本专利技术第三方面提供上述方法制备获得的基于磁性纳米粒子的絮凝聚合物。
[0012]本专利技术第四方面提供如前所述的基于磁性纳米粒子的絮凝聚合物在含油污水处理中的应用。
[0013]本专利技术第五方面提供一种处理含油污水的方法，所述方法包括将所述含油污水与如前所述的基于磁性纳米粒子的絮凝聚合物接触。
[0014]通过上述技术方案，本专利技术具有如下有益效果：
[0015](1)本专利技术提供的基于磁性纳米粒子的絮凝聚合物吸附能力强，能够高效去除污水中的含油物质和悬浮物；
[0016](2)本专利技术提供的基于磁性纳米粒子的絮凝聚合物可用于处理油田含油污水，并且具有絮体沉降速度快、处理效率高、用量少等优点；
[0017](3)本专利技术提供的基于磁性纳米粒子的絮凝聚合物的制备方法简单，条件温和，成本低廉，适合工业化大规模生产推广；
[0018](4)本专利技术提供的基于磁性纳米粒子的絮凝聚合物在使用时(或使用后)还可以通过磁分离器进行回收并重复使用，进一步降低了含油污水处理过程中的药剂成本；
[0019](5)本专利技术提供的基于磁性纳米粒子的絮凝聚合物还能够针对不同污水中的污染物特点，与本领域现有的其他絮凝剂混合使用，进一步提高处理效率和应用广谱性。
具体实施方式
[0020]以下将对本专利技术的具体实施方式进行详细解释和说明，应当能够理解的是，以下具体实施方式仅用于解释和说明本专利技术的内容，而不用于限制本专利技术。
[0021]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0022]本专利技术的专利技术人在研究的过程中发现，结合贻贝仿生化学和氧化还原自由基聚合的处理方式，在纳米Fe3O4粒子上利用聚多巴胺层搭建了二次反应平台便于后续的改性，并且上述处理对于纳米Fe3O4的磁性影响较弱，能够使得改性后的Fe3O4更加贴合基于磁性纳米粒子的磁分离技术的需要，尤其是对含油污水的脱油处理等实际应用的需要。
[0023]本专利技术第一方面提供一种基于磁性纳米粒子的絮凝聚合物，所述絮凝聚合物包括改性纳米Fe3O4提供的结构单元；
[0024]其中，所述改性纳米Fe3O4包括包覆聚多巴胺层的纳米Fe3O4粒子与接枝于所述聚多巴胺层上的阳离子聚合物。
[0025]任意能够用于絮凝聚合物(絮凝剂)制备的纳米Fe3O4均可适用于本专利技术提供的絮凝聚合物。根据本专利技术的优选实施方式，其中，所述改性纳米 Fe3O4的粒径为10
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20nm。
[0026]本专利技术提供的絮凝聚合物中，所述阳离子聚合物可以是由本领域任意能够与聚多巴胺表面官能团反应，并且能够进一步聚合的阳离子单体聚合而成的阳离子聚合物。根据本专利技术的优选实施方式，其中，所述阳离子聚合物选自以含双键的阳离子单体构成的聚合物。
[0027]优选地，所述含双键的阳离子单体选自含双键的季铵盐。
[0028]更优选地，所述含双键的阳离子单体选自甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和二甲基二烯丙基氯化铵中的至少一种。
[0029]任意本领域现有的能够使得负载了含双键的阳离子单体的聚多巴胺改性纳米二
氧化硅发生聚合的方式均可适用于本专利技术提供的纳米絮凝聚合物。根据本专利技术的优选实施方式，其中，所述聚合物通过引发剂引发的氧化还原反应催化自由基聚合获得。
[0030]优选地，所述引发剂选自Ce(IV)。
[0031]本专利技术提供的絮凝聚合物中，所述改性纳米Fe3O4中的聚多巴胺的负载量没有特别限制，其可以根据实际条件和需要进行调整，只要能够达到利用聚多巴胺层在纳米二氧化硅表面搭设二次反应平台，从而实现下一步的含双键的阳离子单体的接枝的目的即可。
[0032]本专利技术提供的基于磁性纳米粒子的絮凝聚合物中，所述含双键的阳离子单体的含量可以根据实际条件和需要进行调整，只要能够达到易于在引发剂存在下使得所述改性纳米Fe3O4发生聚合反应，从而合成本专利技术提供的絮凝聚合物的目的即可。
[0033]本专利技术第二方面提供一种基于磁性纳米粒子的絮凝聚合物的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0034]在自由基聚合的条件下，将改性纳米Fe3O4与引发剂混合；
[0035]其中，所述改性纳米Fe3O4包括包覆聚多巴胺层的纳米Fe3O4粒子与接枝于所述聚多巴胺层上的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁性纳米粒子的絮凝聚合物，其特征在于，所述絮凝聚合物包括改性纳米Fe3O4提供的结构单元；其中，所述改性纳米Fe3O4包括包覆聚多巴胺层的纳米Fe3O4粒子与接枝于所述聚多巴胺层上的阳离子聚合物。2.根据权利要求1所述的絮凝聚合物，其中，所述改性纳米Fe3O4的粒径为10
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20nm；和/或，所述阳离子聚合物选自以含双键的阳离子单体构成的聚合物；和/或，所述絮凝聚合物通过引发剂引发的氧化还原反应催化自由基聚合获得；优选地，所述含双键的阳离子单体选自含双键的季铵盐；优选地，所述引发剂选自Ce(IV)。3.一种基于磁性纳米粒子的絮凝聚合物的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：在自由基聚合的条件下，将改性纳米Fe3O4与引发剂混合；其中，所述改性纳米Fe3O4包括包覆聚多巴胺层的纳米Fe3O4粒子与接枝于所述聚多巴胺层上的含双键的阳离子单体。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述改性纳米Fe3O4以改性纳米Fe3O4悬浊液的形式与引发剂混合，所述改性纳米Fe3O4悬浊液的制备方法包括：(1)将纳米Fe3O4与盐酸多巴胺溶液进行第一接触，而后依次经过第一固液分离、第一洗涤和第一干燥，获得包覆聚多巴胺层的纳米Fe3O4；(2)将步骤(1)获得的所述包覆聚多巴胺层的纳米Fe3O4与含双键的阳离子单体溶液进行第二接触，获得改性Fe3O4悬浊液。5.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤(1)中，所述纳米Fe3O4的粒径为10
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20nm；和/或，步骤(1)中，所述盐酸多巴胺溶液选自以盐酸多巴胺为溶质、三羟甲基氨基甲烷缓冲液为溶剂的溶液；优选地，步骤(1)中，所述第一固液分离的方式选自离心分离；优选地，步骤(1)中，所述第一洗涤的方法包括：采用去离子水对第一固液分离获得的固相进行洗涤；优选地，步骤(1)中，所述第一干燥的方式选自真空干燥；更优选地，步骤(1)中，所述盐酸多巴胺溶液中盐酸多巴胺的浓度为0.1
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4重量％，优选为1
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2重量％；更优选地，步骤(1)中，所述盐酸多巴胺溶液的pH为8
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9；更优选地，步骤(1)中，所述纳米Fe3O4的用量为所述盐酸多巴胺溶液重量的0.1
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1重量％，优选为0.3
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0.8重量％；更优选地，步骤(1)中，所述第一接触的方式包括：温度20
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30℃，超声搅拌10
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30min，而后100
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1000rpm搅拌8
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48h；更优选地，步骤(1)中，所述第一固液分离的条件包括：离心转速800
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20000rpm，离心时间10
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20min；更优选地，步骤(1)中，所述第一洗涤的条件包括：采用去离子水对所述固相洗涤3
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5次；更优选地，步骤(1)中，所述第一干燥的条件包括：50
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80℃，时间24
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72h。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤(2)中，所述含双键的阳离子单体选自含双键的季铵盐；优选地，步骤(2)中，以干重计，相对于1g包覆聚多巴胺层的纳米Fe3O4，所述含双键的阳离子单体的用量为10
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20g；优选地，步骤(2)中，所述含双键的阳离子溶液选自含双键的季铵盐的水溶液，优选浓度为10
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50重量％，优选为20
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40重量％；优选地，步骤(2)中，所述包覆聚多巴胺层...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯丹丹，张天宇，徐伟，许春梅，张增丽，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：