一种粉煤灰纳米磁珠絮凝剂及制备方法

技术领域

本发明属于油田污水处理絮凝剂，具体为一种粉煤灰纳米磁珠絮凝剂及制备方法。

背景技术

在油田开发行业迅速发展的背景下，油田污水量也在急剧增加，污水处理的水质是保证油气田顺利开发的必要条件，如果回注到注水井的水质达不到标准，地下储层的油气渗流通道就容易被堵塞，导致油气产量的降低，而且注水的压力液变大，导致注水的耗能增大。因此，必须加强对油田污水处理问题的关注和重视。

油田污水处理一般是经过沉淀物过滤法的初步处理，然后经过净水剂的二次处理，将污水当中的小颗粒分子凝聚成大分子团簇结构，经过一段时间的静置和过滤将杂质粒子从废水中出去从而达到可以排放的标准。絮凝沉淀过程是各种水处理净化工艺中不可缺少的重要操作单元，也是应用最广泛、最普遍的单元处理工艺。通过向水溶液中添加絮凝剂，其作用是软化水质、降低泡沫质量、脱色、除掉水中悬浮颗粒溶胶颗粒。目前广泛应用的絮凝剂主要有铝系絮凝剂(如氯化铝、硫酸铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铝等)和铁系絮凝剂(如氯化铁、硫酸铁、聚合氯化铁、聚合硫酸铁等)，由于铝系絮凝剂在污水处理中应用pH值范围小、用药量大、产生的絮体沉降慢，并且Al

磁絮凝技术是一种同时利用絮凝工艺和磁分离技术的一种水处理技术，具有工艺简单、高效、无二次污染的特点，在近年来磁絮凝技术在污水处理方面的研究应用较多。例如，中国专利CN1864211A公开了将磁粉分散在天然有机絮凝剂壳聚糖溶液中制得磁性壳聚糖溶液，利用壳聚糖的吸附架桥和电性中和以及磁粉的磁响应性来清除水体藻华污染的方法。中国专利CN10665280A利用回收的含铁絮体，经氧化及酸处理后获得磁性絮凝剂，可用于处理含铁废水，且具有絮团含水量低等优点。CN101054222利用超纯磁铁矿粉、粉煤灰、浓盐酸的反应产物与聚合氯化铝铁混合，制备了磁性复合絮凝剂，该絮凝剂实现水中藻华的高效磁絮凝分离。中国专利CN102627342A公开了一种磁性粉末絮凝剂及其应用方法，其使用的磁性粉末为以MFe

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种粉煤灰纳米磁珠絮凝剂及制备方法，所述絮凝剂物理吸附性能高，对金属离子具有较好的螯合作用。

一种粉煤灰纳米磁珠絮凝剂，由以下重量份的原料组成：粉煤灰1-30份，纳米二氧化硅0.5-1份，分散剂2-5份，四甲基丙二胺1-2.5份，聚丙烯酰胺0.1-0.5份，表面活性剂1-5份。

优选地，所述表面活性剂为油酸、OP-10、Span60中的至少一种。

优选地，所述分散剂为乙醇或者丙酮。

优选地，所述聚丙烯酰胺的分子量为800万，为阳离子型聚丙烯酰胺、阴离子型聚丙烯酰胺、非离子型聚丙烯酰胺、两性离子型聚丙烯酰胺中的至少一种。

所述粉煤灰纳米磁珠絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）在室温下，将粉煤灰、纳米二氧化硅、分散剂、四甲基丙二胺混合，得到混合液；

（2）将所述混合液加热至40-50℃，加入表面活性剂，搅拌混合后得到粉煤灰纳米磁珠悬浊液；

（3）向所述粉煤灰纳米磁珠悬浊液中加入聚丙烯酰胺，搅拌至溶胀，然后静置老化，得到粉煤灰纳米磁珠/聚丙烯酰胺凝胶；

（4）将粉煤灰纳米磁珠/聚丙烯酰胺凝胶干燥后剪切破碎，即得到所述粉煤灰纳米磁珠絮凝剂。

优选地，所述搅拌为在200-300rpm的转速下搅拌2-2.5h。

优选地，所述老化的时间为2-3h。

优选地，所述干燥的温度为75-85℃。

粉煤灰中富含铝、铜、铁、锌等元素，不仅能吸附废水中的重金属也可与二氧化硅、淀粉等进行接枝交联，本发明制备的粉煤灰纳米磁珠絮凝剂，在沉淀分离过程中可以利用磁场分离沉淀，提高了废水处理的效率，利用分散剂和四甲基丙二胺活化粉煤灰，扩大了粉煤灰的表面孔径，增加了其物理吸附性能，同时提高了其化学键合性能，使制备的絮凝剂对金属离子具有更强的螯合性能，形成的絮体更加密实，提高絮凝沉降速率，从而提高絮凝效率。

纳米二氧化硅的氢键对废水中的污染物具有很强的吸附作用，同时对金属离子具有一定的络合作用，本发明以纳米二氧化硅和粉煤灰为载体，利用纳米二氧化硅的氢键交联粉煤灰和聚丙烯酰胺，纳米二氧化硅和聚丙烯酰胺表面的羟基更多，最终制备的粉煤灰纳米磁珠絮凝剂具有更好的絮凝效能。

本发明的优点是：

（1）本发明以粉煤灰、纳米二氧化硅为载体，利用水合改性粉煤灰，提高了粉煤灰表面孔径使得其物理吸附性能提高，制备的絮凝剂对金属离子具有更强的螯合作用，絮凝效率高；

（2）实现粉煤灰纳米磁珠和絮凝剂的均匀复合，提高磁性絮凝剂的磁性和结构稳定性；

（3）粉煤灰纳米磁珠絮凝剂颗粒小，在水中不易沉积，能充分与污水反应，对污水污泥中的悬浮物有较好的吸附和絮凝作用；

（4）利用工业废弃物粉煤灰为材料，提高了材料的循环利用，降低生产成本，消除环境污染，为可持续发展战略的实施提供了很好的示范。

实施方式

实施例1

1. 一种粉煤灰纳米磁珠絮凝剂，由以下重量份的原料组成：粉煤灰1份，纳米二氧化硅0.5份，分散剂2份，四甲基丙二胺1份，聚丙烯酰胺0.1份，表面活性剂1份；

其中，所述表面活性剂为等体积的油酸和Span60的混合物；

所述分散剂为乙醇；

所述聚丙烯酰胺的分子量为800万，为阳离子型聚丙烯酰胺。

2. 所述粉煤灰纳米磁珠絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）在室温下，将粉煤灰、纳米二氧化硅、分散剂、四甲基丙二胺混合，得到混合液；

（2）将所述混合液加热至40℃，加入表面活性剂，搅拌混合后得到粉煤灰纳米磁珠悬浊液；

（3）向所述粉煤灰纳米磁珠悬浊液中加入聚丙烯酰胺，在200rpm的转速下搅拌2h，溶胀，然后静置老化2h，得到粉煤灰纳米磁珠/聚丙烯酰胺凝胶；

（4）将粉煤灰纳米磁珠/聚丙烯酰胺凝胶在80℃下干燥至恒重，后剪切破碎，即得到所述粉煤灰纳米磁珠絮凝剂。

实施例2

1. 一种粉煤灰纳米磁珠絮凝剂，由以下重量份的原料组成：粉煤灰30份，纳米二氧化硅1份，分散剂5份，四甲基丙二胺2.5份，聚丙烯酰胺0.5份，表面活性剂5份；

其中，所述表面活性剂为等体积的油酸和Span60的混合物；

所述分散剂为乙醇；

所述聚丙烯酰胺的分子量为800万，为阴离子型聚丙烯酰胺。

2. 所述粉煤灰纳米磁珠絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）在室温下，将粉煤灰、纳米二氧化硅、分散剂、四甲基丙二胺混合，得到混合液；

（2）将所述混合液加热至50℃，加入表面活性剂，搅拌混合后得到粉煤灰纳米磁珠悬浊液；

（3）向所述粉煤灰纳米磁珠悬浊液中加入聚丙烯酰胺，在300rpm的转速下搅拌2h，溶胀，然后静置老化3h，得到粉煤灰纳米磁珠/聚丙烯酰胺凝胶；

（4）将粉煤灰纳米磁珠/聚丙烯酰胺凝胶在75℃下干燥至恒重，后剪切破碎，即得到所述粉煤灰纳米磁珠絮凝剂。

实施例3

1. 一种粉煤灰纳米磁珠絮凝剂，由以下重量份的原料组成：粉煤灰15份，纳米二氧化硅0.5份，分散剂5份，四甲基丙二胺2.5份，聚丙烯酰胺0.25份，表面活性剂3份；

其中，所述表面活性剂为等体积的油酸和Span60的混合物；

所述分散剂为乙醇；

所述聚丙烯酰胺的分子量为800万，为非离子型聚丙烯酰胺。

2. 所述粉煤灰纳米磁珠絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）在室温下，将粉煤灰、纳米二氧化硅、分散剂、四甲基丙二胺混合，得到混合液；

（2）将所述混合液加热至40℃，加入表面活性剂，搅拌混合后得到粉煤灰纳米磁珠悬浊液；

（3）向所述粉煤灰纳米磁珠悬浊液中加入聚丙烯酰胺，在200rpm的转速下搅拌2.5h，溶胀，然后静置老化2h，得到粉煤灰纳米磁珠/聚丙烯酰胺凝胶；

（4）将粉煤灰纳米磁珠/聚丙烯酰胺凝胶在85℃下干燥至恒重，后剪切破碎，即得到所述粉煤灰纳米磁珠絮凝剂。

将本发明提供的粉煤灰纳米磁珠絮凝剂用于油田废水处理，油田采出污水具有以下特点：颜色深，重金属含量为100mg/L，COD含量为30000mg/L，悬浮物中值粒径较大，为25.86um；细菌含量高，以硫酸盐还原菌和腐生菌居多，且含有少量的硫化物。处理结果见表1。同时，以聚合氯化铝絮凝剂作为对比例。絮凝剂加量均为120mg/L。

表1 废水处理情况

其中，- 表示无法检测。

采用聚合氯化铝为絮凝剂进行处理时，无法沉降，导致重金属无法去除。