一种基于城市污水的复合水处理剂及其制备方法

本发明涉及复合水处理剂，具体为一种基于城市污水的复合水处理剂及其制备方法。

背景技术：

1、城市污水处理一直是环境保护和公共卫生的重要挑战。传统的污水处理方法在处理效率、能耗和成本方面存在着一定的限制。为了解决这些问题，近年来，研究人员不断尝试开发新型的水处理剂和方法，以提高污水处理效率、降低处理成本，并减少对环境的影响。

2、复合水处理剂因其具有多功能性和协同效应而备受关注。它们通常由吸附剂、破乳剂、絮凝剂和沉淀剂等多种功能成分组成，能够同时对污水中的多种污染物进行有效去除。特别地，复合水处理剂在破乳和絮凝过程中发挥重要作用，有助于将微小的悬浮物和胶体颗粒聚集成大的絮体，从而便于后续的沉降和分离。

3、采用合适的制备方法可以使复合水处理剂具有更高的活性和稳定性，从而提高其在实际应用中的效果和持久性。因此，发明一种基于城市污水的复合水处理剂及其制备方法，对于提升城市污水处理的效率和水质净化的效果具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于城市污水的复合水处理剂及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于城市污水的复合水处理剂的制备方法，包含以下步骤：

3、s1：将乙二胺加入甲醇中，加入丙烯酸甲酯，常温反应24h，减压蒸馏，得到大分子聚酰胺-胺；将大分子聚酰胺-胺加入甲醇中，加入乙二胺，常温反应24h，减压蒸馏，得到聚酰胺-胺；将支化改性纳米四氧化三铁加入乙醇中，加入聚酰胺-胺，加热至50-55℃反应12-14h，得到超支化改性纳米四氧化三铁；

4、s2：将季鏻盐改性壳聚糖加入乙酸溶液中，加入生物炭，加热至40-45℃搅拌均匀，加入戊二醛，继续搅拌，调节反应体系ph为9-10，保温反应1-2h，抽滤，洗涤，干燥，得到改性生物炭；

5、s3：将超支化改性纳米四氧化三铁超声分散在去离子水中，加入改性生物炭加热至35-45℃反应3.5-4h，得到复合水处理剂。

6、进一步的，所述支化改性纳米四氧化三铁的制备方法，包括以下步骤：

7、将纳米四氧化三铁超声分散在乙醇溶液中，先后加入氨水、硅酸四乙酯，常温反应6-7h，洗涤，干燥，得到包覆改性纳米四氧化三铁；将包覆改性纳米四氧化三铁预处理，超声分散于乙醇溶液中，加热至75-78℃，恒温条件下先后加入氨水、kh550，保温反应6-7h，洗涤，得到氨基改性纳米四氧化三铁；将氨基改性纳米四氧化三铁超声分散于甲醇溶液中，加入丙烯酸甲酯，常温反应24h，洗涤，干燥，得到支化改性纳米四氧化三铁。

8、进一步的，所述包覆改性纳米四氧化三铁中，纳米四氧化三铁：硅酸四乙酯的质量比为1:(4-5)；所述氨基改性纳米四氧化三铁中，预处理步骤包括将包覆改性纳米四氧化三铁加热至190-200℃真空干燥；包覆改性纳米四氧化三铁：kh550的质量比为1:(4-5)；所述支化改性纳米四氧化三铁中，氨基改性纳米四氧化三铁：丙烯酸甲酯的质量比为1:(0.02-0.03)。

9、进一步的，所述季鏻盐改性壳聚糖的制备方法，包括以下步骤：

10、将马来酸酐接枝聚合物改性壳聚糖超声分散在去离子水中，冰浴条件下，加入氢氧化钠溶液、次氯酸钠溶液，密封震荡20-30min，自然恢复至室温，氮气氛围下，加入1-羟基苯并三唑、(3-丙羧基)三苯基溴化鏻，加热至80-85℃反应24h，纯化，干燥，得到季鏻盐改性壳聚糖。

11、进一步的，所述马来酸酐接枝聚合物改性壳聚糖、氢氧化钠溶液、次氯酸钠溶液反应体系中-conh2、oh-、clo-的摩尔比为1:(0.6-2.4):(0.25-0.95)；所述氢氧化钠溶液浓度为4-5m；所述次氯酸钠溶液浓度为1.5-2m；所述马来酸酐接枝聚合物改性壳聚糖：氢氧化钠溶液：次氯酸钠溶液的体积比为2:1:1；所述马来酸酐接枝聚合物：(3-丙羧基)三苯基溴化鏻的质量比为1:(0.3-0.6)。

12、进一步的，所述马来酸酐接枝聚合物改性壳聚糖的制备方法，包括以下步骤：

13、将羧甲基壳聚糖超声分散在去乙酸溶液中，加入马来酸酐，加热至30-35℃反应5-6h，纯化，干燥，得到马来酰基壳聚糖；将丙烯酰胺、马来酰基壳聚糖加入去离子水中，氮气氛围下，加入过硫酸铵溶液，加热至45-50℃反应6-7h，加入马来酸酐溶液，保温反应40-60min，纯化，干燥，得到马来酸酐接枝聚合物改性壳聚糖。

14、进一步的，所述马来酰基壳聚糖中，羧甲基壳聚糖：马来酸酐的质量比为1:(2-3)；所述马来酸酐接枝聚合物改性壳聚糖中，马来酰基壳聚糖：丙烯酰胺：马来酸酐的质量比(30-35):(30-35):(0.6-0.7)。

15、进一步的，所述大分子聚酰胺-胺中，乙二胺：丙烯酸甲酯的质量比为9:(77.4-86)；所述聚酰胺-胺中，大分子聚酰胺-胺：乙二胺的质量比为(32.32-36.36):60；所述超支化改性纳米四氧化三铁中，支化改性纳米四氧化三铁：聚酰胺-胺的质量比为(0.15-0.2):(4-5)。

16、进一步的，所述改性生物炭中，季鏻盐改性壳聚糖：生物炭的质量比为1:1；

17、进一步的，所述复合处理剂中，超支化改性纳米四氧化三铁：改性生物炭的质量比为(0.8-1.2):(0.8-1.2)

18、所述乙酸溶液浓度为2％v/v。

19、进一步的，所述生物炭的制备方法，包括以下步骤：

20、将夏威夷果壳清洗后，置于80℃下干燥24h，粉碎，过筛，得到夏威夷果壳粉末；将夏威夷果壳粉末在氮气氛围下，以10℃/min的升温速率，加热至800℃，煅烧2h，得到生物炭。

21、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

22、本发明采用迈克尔加成反应，以乙二胺为引发核与丙烯酸甲酯反应，再以反应产物为原料继续与乙二胺反应，制备得到聚酰胺-胺；使用硅酸四乙酯对纳米四氧化三铁进行包覆改性，在氨水催化作用下，在磁性纳米四氧化三铁表面形成球状的二氧化硅包覆层，通将真空干燥温度控制在190-200℃对包覆改性纳米四氧化三铁进行预处理，改变其表面的硅羟基分布，再通过与kh550、丙烯酸甲酯的两次迈克尔加成，制备得到含有丙烯酸甲酯功能基团的改性纳米四氧化三铁，最后与聚酰胺-胺发生酯酰胺化，制备得到超支化改性纳米四氧化三铁。

23、本发明利用马来酰基壳聚糖、丙烯酰胺与马来酸酐合成了具有絮凝作用的阳离子聚合物，通过控制马来酸酐在马来酰基壳聚糖与丙烯酰胺聚合成链末期加入，封端并终止链式聚合反应(将马来酸酐连接至分子链末端用于充当与超支化改性纳米四氧化三铁之间相连的“桥梁”)，再基于霍夫曼降解反应对含有丙烯酰胺基团的聚合物进行改性处理，最后与(3-丙羧基)三苯基溴化鏻反应，制备得到含有电负性的季鏻盐改性壳聚糖。

24、由于先前对于包覆改性纳米四氧化三铁的预处理步骤，使得表面硅羟基包括高活性的临位羟基和活性稍弱的对位羟基，间接控制了丙烯酸酯在其表面的数量、分布情况，目的为了方便后续在与聚酰胺-胺发生酯酰胺化，避免反应过程中的空间位阻效应，提高聚酰胺-胺的接枝率。利用超支化改性纳米四氧化三铁的分子端胺基与季鏻盐改性壳聚糖(阳离子聚合物絮凝剂)改性生物炭中的马来酸酐开环反应，使得具有破乳、阻垢作用的超支化改性纳米四氧化三铁负载于阳离子聚合物絮凝剂改性的生物炭上，制备得到兼具破乳和絮凝性能的复合水处理剂。

25、聚酰胺-胺结构中的伯胺基、仲胺基、酰胺基团具有降低油水界面张力，提高破乳能力的作用(依赖于聚酰胺-胺、季鏻盐改性壳聚糖中的酰胺基团具有强极性，同时存在于控制数量、分布的超支化结构上，界面活性强，能够多点位快速吸附在油水界面，破坏界面膜强度，达到破乳作用)；协同季鏻盐改性壳聚糖的电中和作用、吸附架桥作用，达到对污水的去油、cod去除的目的。季鏻盐改性壳聚糖中含有大量的阳离子基团，经过油水界面和静电吸附作用，降低了zeta电位和静电斥力，破坏了胶粒间的静电稳定性，达到破乳作用，同时，联合磁性纳米四氧化三铁再磁场与重力场作用下能够增强微粒间的碰撞，加强絮体的清扫能力，增强破乳作用。

26、本发明选用季鏻盐类抗菌剂替代传统季铵盐类抗菌剂，季鏻盐因p元素的电负性比季铵盐的n元素大，不易形成具有致癌风险的含氮消毒副产物的同时，增大了絮凝剂的相对分子质量和电荷量，具有更强的电负性，从而提高材料的架桥和电中和絮凝性能。超支化-阳离子链段。

27、复合水处理剂通过吸附和静电吸附至悬浮胶粒表面，可有效降低其负电性，从而直接促进固相颗粒与阴离子聚合物形成的悬浮胶粒絮凝。这一过程不仅能降低污水的悬浮稳定性，还能破坏水化双电层的稳定性。随着多个悬浮胶粒间的碰撞和聚拢，形成长链成网的絮体，从而在沉降过程中产生有效的网捕效应，进一步提升絮凝沉降作用。在外加磁力场的作用下，沉降作用得以直接增强，有助于促进悬浮胶粒的沉降，并加强网捕沉淀效果，进一步增强絮凝作用，具有优异的cod清除能力。