磁性核壳结构膨润土基煤泥水沉降复合絮凝剂的制备研究

Slime water treatment is a key to regular production. Poor flocculating efficiency is a leading cause of the problems. Thus, in this project, considering that bentonite has some excellent properties such as adsorption, dispersion, thixotropy，and magnetic core-shell enhances the flocculation effects and abilities of arching on the slurry. Bentonite compound flocculant with magnetic core-shell structure is developed by solvent thermal bonding method. These lead to efficiently clarify slime water, recycle floeeulating agent, and reduce cost.Furthermore, through SEM, XRD, XPS, PIV, TEM characterizations, structure and physicochemical propertie of this flocculant are determined, sedimentation behaviors between this flocculant and coal slime are systematically analyzed from molecular aspects。So their flocculating mechanisms are proposed. These results will offer theoretical support for the design and industrial application of the flocculant.

煤泥水处理是选煤厂正常生产的关键，而目前絮凝剂絮凝能力较弱是直接导致该环节存在问题的主要原因。因此，本项目根据膨润土本身具有的良好吸附性、分散性和触变性等特性，以及磁性核壳可增强对煤泥颗粒絮凝作用、网捕能力等优点，采用溶剂热合法，设计出核壳结构磁性膨润土复合絮凝剂，以达到高效澄清煤泥水，同时所用药剂可回收利用，降低成本。通过SEM、XRD、XPS、PIV、TEM等相关表征手段，结合该絮凝剂的结构及理化性能，从分子科学的角度上出发，系统地研究磁性膨润土絮凝剂与煤泥水微观作用机制，揭示二者之间的絮凝沉降机理，为开发高效处理煤泥水复合高分子絮凝剂提供数据支持和理论依据。

本项目核心是针对一些絮凝剂处理效果较差，使得选煤厂含有较多微细颗粒的煤泥水难沉降的特点，利用膨润土本身具有较大比表面积和触变性的优势，将膨润土对煤泥细小颗粒的吸附凝聚作用与磁核Fe3O4增强对煤泥颗粒絮凝网捕能力相结合，研制出新型的核壳结构 Fe3O4磁性膨润土复合絮凝剂，从而实现了用矿土资源治理矿山废水的新思路。本课题主要开展了以下工作：（1）选择具有典型地域代表性的辽宁、内蒙和河南等三地6个样品，湿法提纯后得到高纯度的膨润土，通过BET、TG和XRD等表征手段和理化性质分析技术，得到膨润土的化学结构和组分，结合6种膨润土样品对煤泥水沉降试验的结果，获得辽宁Na膨润土可适用于制备絮凝剂；此外，运用 Rietveld全谱图拟合法，对膨润土样品进行定量分析，修正了吸蓝量与蒙脱石含量的转换公式，解决了当膨润土吸蓝量大于44.2g/100g时，通过吸蓝量原经验公式无法准确计算蒙脱石含量的情况，较为客观地反映了膨润土吸蓝量与蒙脱石含量之间的数值关系。（2）研究了制备磁核Fe3O4的方法和工艺参数。首先运用共沉淀法优化了Na2CO3、N2H4•H2O、NH4HCO3、FeCl3•6H2O和FeSO4•7H2O (Fe3+与Fe2+摩尔比为1:2) 的比例，制备出了饱和磁化率为91 emu/g和比表面积为286.9 m2/g的超顺磁性Fe3O4，并发现Fe3O4主要分布在膨润土的表面，非核壳结构。因此，本项目利用壳聚糖自身的黏连性、氢键缔合与静电吸附性，采用溶剂热法合成出了“核壳结构”的Fe3O4-壳聚糖-膨润土絮凝剂，并通过先进的表征手段揭示了磁性膨润土“核壳结构”的形成机理。（3）将制备的Fe3O4-壳聚糖-膨润土絮凝剂对煤泥水进行絮凝沉降实验，优化絮凝剂用量、煤泥水浓度及pH值等工艺条件。研究了絮凝机理，发现含有大量的-NH3+正电性基团的絮凝剂通过静电中和与氢键缔合作用可明显降低煤泥表面的电负性，易于煤泥絮凝成团，加速沉降。磁性膨润土复合絮凝剂对煤泥的范德华作用能也基本符合扩展DLVO理论。截至目前为止，已发表科研论文11篇，已被SCI收录论文3篇，申请国家专利9项，已授权7项，出版专著1部，参加国际国内学术会议5次，培养研究生8名，其中4名已毕业取得硕士学位，拟投稿论文3篇，圆满完成了本项目的研究目标和预期研究成果。