1.本发明涉及污泥脱水治理技术领域，具体涉及一种基于氮化碳(c3n4)纳米片交联丙烯酰胺与fe(iii)的污泥脱水用絮凝剂及其光催化制备方法。
背景技术：2.随着城市化和工业化的发展，大量地表水受到土壤和沙土的污染，这导致了无论是生活饮用水还是环境水体都受到不同程度的污染。
3.污水中污泥含量快速的增长，使得水质逐渐变成高浊度水，因此改善污泥脱水性能迫在眉睫，如何提高污泥脱水效率已经成为环境水质处理中的重要问题。
4.当前对于污水脱水技术主要包括重力脱水法、电渗脱水法、自然风干法、化学沉淀法等。
5.化学沉淀法能够利用效果显著的絮凝剂高速絮凝污水中悬浮颗粒，相比重力脱水法此种方法更节省时间的同时，也不需要电渗脱水法中复杂的仪器设备，因此化学沉淀法被视为一种高效、简便、环境友好、节能的固液分离技术。
6.现如今絮凝技术被广泛应用于废水或轻污染浊水的预处理，以去除水质中胶体悬浮颗粒，如阳离子聚丙烯酰胺通过静电效应，中和水中带负电的胶体颗粒，再通过有机絮凝剂的吸附架桥效应，从而使得水中胶体颗粒聚集、沉降。所以，阳离子聚丙烯酰胺凭借其处理速度快，应用范围广等优点，在高浊度水质预处理中有较为普遍的应用。但阳离子聚丙烯酰胺制备方法复杂，滤饼含水量大，成本高，这从商业角度来说并不经济。
7.由上可知，开发新型的制备简单、絮凝效果快、滤饼含水量低、成本低的絮凝剂尤其重要。
8.众多阳离子絮凝剂加入阳离子的原因在于阳离子能够中和污水中带负电的悬浮颗粒，从而使悬浮颗粒脱稳。fe
3+
的加入大幅度提高了絮凝剂的正电荷频率，正电荷密度的提高让絮凝剂能更高效吸附悬浮颗粒。
9.公开号为cn 107188137 a的专利说明书公开了一种印染废水去除剂，包含30～70质量份的改性氮化碳，20～68质量份的混凝剂，2～10质量份的絮凝剂，其通过在100～150质量份的氯仿中湿式混合并固液分离得到，其中混凝剂为聚合氯化铝和/或聚合氯化铁，絮凝剂为阳离子聚丙烯酰胺和/或非离子聚丙烯酰胺。
10.氮化碳纳米片在氙灯照射下使吸附的氧还原为超氧自由基，引发烯烃聚合，获得长链聚丙烯酰胺。层状氮化碳纳米片中众多的氨基和羟基与长链聚丙烯酰胺中的氨基产生氢键作用，互相连接形成网状骨架，使得聚丙烯酰胺分子量变大，长链结构更有利于絮凝剂的吸附架桥，能够更好的表现出污泥脱水性，从而克服滤饼含水量高等问题。
技术实现要素：11.本发明致力于设计一种带正电高效处理污泥脱水用絮凝剂及其制备方法。
12.经过不懈努力，本发明提供了一种基于氮化碳纳米片交联丙烯酰胺与fe(iii)的
污泥脱水用絮凝剂的光催化制备方法，通过氙灯等光催化高效合成长链网状骨架絮凝剂，解决的技术问题是：科学降低絮凝成本，高效絮凝污水中的悬浮颗粒，增加高浊度水的透光率，降低浊度。
13.具体技术方案如下：
14.一种基于氮化碳纳米片交联丙烯酰胺与fe(iii)的污泥脱水用絮凝剂的光催化制备方法，包括步骤：
15.(1)制备片状氮化碳纳米片胶体：将块状氮化碳加入到氢氧化钠溶液中加热至95～100℃(优选100℃)连续搅拌，离心，将收集的沉积物重新分散到去离子水中配制氮化碳纳米片胶体溶液；所述氮化碳纳米片胶体溶液呈现丁达尔效应，其中氮化碳纳米片均匀分散在溶液中；
16.制备氢氧化铁胶体溶液：将饱和三氯化铁溶液倒入沸腾蒸馏水中，配制氢氧化铁胶体溶液；
17.(2)将丙烯酰胺水溶液与所述氮化碳纳米片胶体溶液、所述氢氧化铁胶体溶液混合，光照，得到所述基于氮化碳纳米片交联丙烯酰胺与fe(iii)的污泥脱水用絮凝剂。
18.本发明以丙烯酰胺、氮化碳纳米片胶体和氢氧化铁胶体为前体，三者共存的情况下在光照下进行反应，得到絮凝效果优异、耐酸碱性良好的絮凝剂。
19.本发明所述的光催化制备方法简单，制备时间短，成本低，且所得絮凝剂具有良好的絮凝性能。
20.在一优选例中，所述的光催化制备方法，步骤(1)中，所述块状氮化碳的制备方法包括：将三聚氰胺于515～525℃(优选520℃)煅烧5.5～6.5h(优选6h)得到所述块状氮化碳。
21.在一优选例中，所述的光催化制备方法，步骤(1)中，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.15～0.25mol/l，优选为0.2mol/l。
22.在一优选例中，所述的光催化制备方法，步骤(1)中，所述连续搅拌的时间为10～13h，优选为12h。
23.在一优选例中，所述的光催化制备方法，步骤(2)中，所述丙烯酰胺水溶液的浓度为1g丙烯酰胺/ml水，所述丙烯酰胺水溶液与所述氮化碳纳米片胶体溶液、所述氢氧化铁胶体溶液的体积比为1:3:1，所述氮化碳纳米片胶体溶液的浓度为1～2mol/l，优选为1.5mol/l，所述氢氧化铁胶体溶液中fe(iii)的浓度为0.5～1.5mol/l，优选为1mol/l。该优选条件下所得絮凝剂的絮凝效果、耐酸碱性更佳。
24.在一优选例中，所述的光催化制备方法，步骤(2)中，所述光照采用的光源为氙灯。
25.在一优选例中，所述的光催化制备方法，步骤(2)中，所述光照的时间为25～35min，优选为30min。
26.在一优选例中，所述的光催化制备方法，步骤(2)中，先将所述丙烯酰胺水溶液与所述氮化碳纳米片胶体溶液混合，然后再加入所述氢氧化铁胶体溶液。
27.在一优选例中，所述的光催化制备方法，步骤(2)中，在所述光照后，还进行包括洗涤、干燥在内的后处理步骤，得到所述基于氮化碳纳米片交联丙烯酰胺与fe(iii)的污泥脱水用絮凝剂。
28.所述洗涤采用的洗涤剂优选为乙醇。
29.作为一个总的发明构思，本发明还提供了所述的光催化制备方法制备得到的基于氮化碳纳米片交联丙烯酰胺与fe(iii)的污泥脱水用絮凝剂。
30.本发明的絮凝剂中含有长链网状骨架聚合物，引入氮化碳纳米片和氢氧化铁fe(iii)与丙烯酰胺进行共聚，在氙灯等光照作用下合成。
31.本发明的絮凝剂中的长链网状骨架聚合物可用下式表示：
[0032][0033]
其中：
[0034]
a代表聚丙烯酰胺长链，可通过下式表达：
[0035][0036]
r代表氮化碳纳米片，可通过下式表达：
[0037][0038]
本发明与现有技术相比，主要优点包括：
[0039]
本发明提供了一种基于氮化碳纳米片交联丙烯酰胺与fe(iii)的污泥脱水用絮凝剂及其光催化制备方法，通过氙灯等光催化高效合成长链网状骨架絮凝剂，解决的技术问题是：科学降低絮凝成本，高效絮凝污水中的悬浮颗粒，增加高浊度水的透光率，降低浊度。
附图说明
[0040]
图1为实施例4透光率测试的实际效果照片，其中左侧量筒为1g/l高岭石悬浮液，
中间量筒为清水，右侧量筒为絮凝后溶液。
具体实施方式
[0041]
下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0042]
下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
[0043]
实施例1
[0044]
1)氮化碳制备方法：
[0045]
取10.0g三聚氰胺在马弗炉520℃下煅烧6h制备得到块状氮化碳4.5g。
[0046]
2)片状氮化碳纳米片胶体制备方法：
[0047]
将2.0g块状氮化碳加入300ml 0.2mol/l氢氧化钠溶液中加热至100℃连续搅拌12h。通过离心收集沉积物，并重新分散到去离子水中配制浓度为1mol/l氮化碳纳米片胶体溶液，氮化碳纳米片均匀分散在溶液中，且呈现丁达尔效应。
[0048]
3)氢氧化铁胶体溶液制备方法：
[0049]
将饱和三氯化铁溶液倒入100ml沸腾蒸馏水中，配制fe(iii)浓度为0.5mol/l的氢氧化铁胶体溶液。
[0050]
4)絮凝剂合成方法：
[0051]
将1g丙烯酰胺溶于1.0ml去离子水中，上述两份胶体溶液按照体积比丙烯酰胺溶液:氮化碳纳米片溶液:氢氧化铁胶体溶液＝1:3:1混合，具体混合顺序为先将氮化碳纳米片胶体溶液和丙烯酰胺溶液混合，再加入氢氧化铁胶体溶液，氙灯光照30min，乙醇洗涤，干燥，得到絮凝剂。
[0052]
絮凝剂溶液的配制为：将所得絮凝剂均匀分散于水中，配制所需浓度的絮凝剂溶液。
[0053]
实施例2
[0054]
与实施例1的区别在于氮化碳纳米片胶体溶液的浓度为1.5mol/l，其余均相同，得到絮凝剂及相应的絮凝剂溶液。
[0055]
实施例3
[0056]
与实施例1的区别在于氮化碳纳米片胶体溶液的浓度为2mol/l，其余均相同，得到絮凝剂及相应的絮凝剂溶液。
[0057]
实施例4
[0058]
与实施例2的区别在于氢氧化铁胶体溶液的浓度为1mol/l，其余均相同，得到絮凝剂及相应的絮凝剂溶液。
[0059]
实施例5
[0060]
与实施例2的区别在于氢氧化铁胶体溶液的浓度为1.5mol/l，其余均相同，得到絮凝剂及相应的絮凝剂溶液。
[0061]
对比例1
[0062]
与实施例4的区别在于4)絮凝剂合成方法中的混合顺序和光照步骤，具体的，本对比例先将氮化碳纳米片胶体溶液和丙烯酰胺溶液混合，氙灯光照30min，再加入氢氧化铁胶
体溶液，混合，其余均相同，得到絮凝剂及相应的絮凝剂溶液。
[0063]
对比例2
[0064]
与实施例2的区别在于不加入氢氧化铁胶体溶液，其余均相同，得到絮凝剂及相应的絮凝剂溶液。
[0065]
透光率测试方法：
[0066]
高岭石商购，配成悬浮液，用浓度为1mol/l的盐酸溶液和浓度为1mol/l的氢氧化钠溶液调节ph。取500ml 1g/l高岭石悬浮液置于大烧杯中，200r/min机械搅拌下加入浓度为1g/l絮凝剂溶液，搅拌10min，静置5min，取液面下2cm处上层清液，用紫外分光光度计在550nm波长下测透光率(单位％)。
[0067]
表1展示了体系ph＝7的情况下，各实施例、对比例的絮凝剂溶液在不同剂量下对1g/l高岭石悬浮液的絮凝性能评价结果。其中实施例4透光率测试的实际效果照片如图1所示。
[0068]
表1
[0069]
絮凝剂量1ml2ml3ml4ml5ml实施例111.1％23.6％37.8％49.6％62.7％实施例238.3％58.9％72.8％90.2％92.3％实施例332.1％56.2％69.8％83.6％85.9％实施例468.5％87.7％98.2％98.7％99.2％实施例561.1％84.2％95.3％96.7％97.0％对比例124.7％32.8％48.9％71.1％84.8％对比例23.1％6.2％19.8％33.6％45.9％
[0070]
由表1可知，氮化碳纳米片胶体溶液的最佳浓度为1.5mol/l，氢氧化铁胶体溶液的最佳浓度为1mol/l。以丙烯酰胺、氮化碳纳米片胶体和氢氧化铁胶体为前体，三者共存的情况下在光照下进行反应，才能得到絮凝效果优异的絮凝剂。
[0071]
表2展示了使用3ml各实施例、对比例的絮凝剂溶液在不同ph下对1g/l高岭石悬浮液的絮凝性能评价结果。
[0072]
表2
[0073]
ph357911实施例141.5％39.2％37.8％36.7％36.5％实施例276.1％74.8％72.8％71.5％70.3％实施例374.9％72.7％69.8％69.9％67.6％实施例498.9％98.8％98.2％97.1％97.0％实施例596.8％95.2％95.3％92.2％90.0％对比例157.1％53.7％48.9％45.2％42.3％对比例221.9％20.5％19.8％18.9％17.5％
[0074]
由表2可知，本发明絮凝剂在酸性下絮凝效果略微有所增加，原因是溶液正电荷增加使负电颗粒脱稳。但总体絮凝效果没有很大改变，说明本发明絮凝剂耐酸碱性较好。
[0075]
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
技术特征：1.一种基于氮化碳纳米片交联丙烯酰胺与fe(iii)的污泥脱水用絮凝剂的光催化制备方法，其特征在于，包括步骤：(1)制备片状氮化碳纳米片胶体：将块状氮化碳加入到氢氧化钠溶液中加热至95～100℃连续搅拌，离心，将收集的沉积物重新分散到去离子水中配制氮化碳纳米片胶体溶液；所述氮化碳纳米片胶体溶液呈现丁达尔效应，其中氮化碳纳米片均匀分散在溶液中；制备氢氧化铁胶体溶液：将饱和三氯化铁溶液倒入沸腾蒸馏水中，配制氢氧化铁胶体溶液；(2)将丙烯酰胺水溶液与所述氮化碳纳米片胶体溶液、所述氢氧化铁胶体溶液混合，光照，得到所述基于氮化碳纳米片交联丙烯酰胺与fe(iii)的污泥脱水用絮凝剂。2.根据权利要求1所述的光催化制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述块状氮化碳的制备方法包括：将三聚氰胺于515～525℃煅烧5.5～6.5h得到所述块状氮化碳。3.根据权利要求1所述的光催化制备方法，其特征在于，步骤(1)中：所述氢氧化钠溶液的浓度为0.15～0.25mol/l；所述连续搅拌的时间为10～13h。4.根据权利要求1所述的光催化制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述丙烯酰胺水溶液的浓度为1g丙烯酰胺/ml水，所述丙烯酰胺水溶液与所述氮化碳纳米片胶体溶液、所述氢氧化铁胶体溶液的体积比为1:3:1，所述氮化碳纳米片胶体溶液的浓度为1～2mol/l，所述氢氧化铁胶体溶液中fe(iii)的浓度为0.5～1.5mol/l。5.根据权利要求4所述的光催化制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述氮化碳纳米片胶体溶液的浓度为1.5mol/l，所述氢氧化铁胶体溶液中fe(iii)的浓度为1mol/l。6.根据权利要求1所述的光催化制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述光照采用的光源为氙灯。7.根据权利要求1或6所述的光催化制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述光照的时间为25～35min。8.根据权利要求1所述的光催化制备方法，其特征在于，步骤(2)中，先将所述丙烯酰胺水溶液与所述氮化碳纳米片胶体溶液混合，然后再加入所述氢氧化铁胶体溶液。9.根据权利要求1所述的光催化制备方法，其特征在于，步骤(2)中，在所述光照后，还进行包括洗涤、干燥在内的后处理步骤，得到所述基于氮化碳纳米片交联丙烯酰胺与fe(iii)的污泥脱水用絮凝剂；所述洗涤采用的洗涤剂为乙醇。10.根据权利要求1所述的光催化制备方法制备得到的基于氮化碳纳米片交联丙烯酰胺与fe(iii)的污泥脱水用絮凝剂。
技术总结本发明公开了一种基于氮化碳纳米片交联丙烯酰胺与Fe(III)的污泥脱水用絮凝剂及其光催化制备方法。光催化制备方法包括步骤：(1)制备片状氮化碳纳米片胶体：将块状氮化碳加入到氢氧化钠溶液中加热至95～100℃连续搅拌，离心，将收集的沉积物重新分散到去离子水中配制氮化碳纳米片胶体溶液；氮化碳纳米片胶体溶液呈现丁达尔效应，其中氮化碳纳米片均匀分散在溶液中；制备氢氧化铁胶体溶液：将饱和三氯化铁溶液倒入沸腾蒸馏水中，配制氢氧化铁胶体溶液；(2)将丙烯酰胺水溶液与氮化碳纳米片胶体溶液、氢氧化铁胶体溶液混合，光照，得到基于氮化碳纳米片交联丙烯酰胺与Fe(III)的污泥脱水用絮凝剂。用絮凝剂。用絮凝剂。
技术研发人员：董晓平 石鎏 孙鹏飞
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：2022.08.05
技术公布日：2022/12/1
