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环保型聚合氯化铝絮凝剂

471 编辑：北方有色网来源：重庆市宇洁化工有限公司

2025-06-27 10:07:05

权利要求

1.一种环保型聚合氯化铝絮凝剂，其特征在于，

按百分比计包括：10%-30%的改性氧化铝、15%-35%的盐酸、2%-10%的复合有机高分子聚合物、5%-15%的天然矿物质-纳米复合材料和30%-60%的水，所述改性氧化铝由表面包覆有机硅化合物技术对氧化铝进行改性处理制得，所述复合有机高分子聚合物为聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮复合而成的有机高分子聚合物，所述天然矿物质-纳米复合材料为天然矿物质和纳米材料复合而成的复合材料，所述天然矿物质优选为硅藻土、膨润土中的一种或多种，所述纳米材料优选为二氧化钛。

2.如权利要求1所述的环保型聚合氯化铝絮凝剂，其特征在于，

所述环保型聚合氯化铝絮凝剂的具体制备方法为：

将所述盐酸加入至所述水中，得到盐酸溶液;

对氧化铝进行表面包覆有机硅化合物的改性处理，得到所述改性氧化铝;

将所述改性氧化铝缓慢加入到盐酸溶液中，在搅拌条件下进行反应，反应温度为60-90℃，反应时间为2-4小时，使所述改性氧化铝充分溶解，形成氯化铝溶液;

向氯化铝溶液中加入所述复合有机高分子聚合物，并继续搅拌30-60分钟，使所述复合有机高分子聚合物与所述氯化铝充分混合，得到初混溶液;

向初混溶液中加入所述天然矿物质-纳米复合材料，搅拌均匀，形成均匀的混合溶液;

对混合溶液进行熟化处理，熟化温度为40-60℃，熟化时间为1-2小时;

根据需要，将熟化后的溶液进行浓缩或稀释，得到所需浓度的环保型聚合氯化铝絮凝剂。

3.如权利要求2所述的环保型聚合氯化铝絮凝剂，其特征在于，

所述改性氧化铝按百分比计包括：90%-95%的基础氧化铝、3%-7%的有机硅化合物、1%-3%的偶联剂和1%-2%分散剂，所述有机硅化合物优选为聚二甲基硅氧烷，所述偶联剂优选为硅烷偶联剂KH-550，所述分散剂优选为聚乙二醇。

4.如权利要求3所述的环保型聚合氯化铝絮凝剂，其特征在于，

所述改性氧化铝的具体制备方法为：

将基础氧化铝加入到反应釜中，开启搅拌器，以200-300r/min的转速进行搅拌，并缓慢升温至80-100℃，在升温过程中，通入氮气作为保护气，同时保持该温度搅拌1-2小时;

待反应釜温度降至60-70℃时，将称取好的硅烷偶联剂KH-550和聚乙二醇通过滴液漏斗缓慢滴加到反应釜中;

将反应釜温度调整至70-80℃，把聚二甲基硅氧烷缓慢滴加到反应釜中，滴加完成后，继续搅拌2-3小时，使包覆反应充分进行;

反应结束后，将反应釜温度降至室温，保持搅拌速度为200-300r/min，进行熟化处理1-2小时;

熟化完成后，采用抽滤的方法将改性氧化铝与反应溶液分离，用去离子水反复洗涤滤饼，将洗涤后的滤饼放入真空干燥箱中，在80-100℃下干燥4-6小时，得到所述改性氧化铝。

5.如权利要求4所述的环保型聚合氯化铝絮凝剂，其特征在于，

所述复合有机高分子聚合物按百分比计包括60%-80%的聚丙烯酰胺和20%-40%的聚乙烯吡咯烷酮;

所述复合有机高分子聚合物的具体制备方法为：

向反应釜中加入适量的去离子水，开启搅拌器，以200-300r/min的转速进行搅拌，在搅拌过程中缓慢加入称取好的聚丙烯酰胺，同时提高搅拌速度至400-500r/min，持续搅拌至聚丙烯酰胺完全溶解，形成均匀的聚丙烯酰胺溶液;

将称取好的聚乙烯吡咯烷酮缓慢加入到聚丙烯酰胺溶液中，保持搅拌速度为400-500r/min，并加热溶液至50-60℃，继续搅拌1-2小时，使聚乙烯吡咯烷酮充分溶解，并与聚丙烯酰胺充分混合，形成复合有机高分子聚合物溶液;

搅拌结束后，将复合有机高分子聚合物溶液冷却至室温，对冷却后的复合有机高分子聚合物溶液进行过滤，得到所述复合有机高分子聚合物产品。

6.如权利要求5所述的环保型聚合氯化铝絮凝剂，其特征在于，

所述天然矿物质-纳米复合材料按百分比计包括60%-80%的天然矿物质和20%-40%的纳米材料。

7.如权利要求6所述的环保型聚合氯化铝絮凝剂，其特征在于，

所述天然矿物质-纳米复合材料的具体制备方法为：

将天然矿物质原料放入烘箱中，在105-110℃下烘干2-3小时，以去除其中的水分，将烘干后的天然矿物质用高速搅拌机进行初步粉碎，得到预处理后的天然矿物质;

将纳米材料缓慢加入到预处理后的天然矿物质中，开启高速搅拌机，以1000-1500r/min的转速搅拌30-60分钟，使纳米材料和天然矿物质充分混合;

将混合后的物料放入超声分散仪中，加入适量的去离子水，形成一定浓度的悬浮液，并开启超声分散仪，在20-40kHz的频率下超声处理20-30分钟;

将超声处理后的悬浮液进行过滤，得到固体滤饼，将滤饼放入烘箱中，在80-100℃下烘干至恒重，将烘干后的滤饼放入马弗炉中，在300-500℃下煅烧2-3小时，得到所述天然矿物质-纳米复合材料。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及絮凝剂技术领域，尤其涉及一种环保型聚合氯化铝絮凝剂。

背景技术

[0002]聚合氯化铝(PAC)是一种无机高分子聚合物，具有较强的联桥、吸附作用，在水解过程中，伴随着电化学的反应能发生絮凝、吸附和沉降等理化反应，是当今施用最广泛的水处理材料。目前，PAC已经大量用于饮用水、工业用水和污水处理等领域。

[0003]但传统的聚合氯化铝絮凝剂的生产通常以铝土矿、氢氧化铝等为原料，这些原料在开采和加工过程中会产生大量的粉尘、废水和废渣，对环境造成严重污染，并且传统絮凝剂在处理水过程中形成的絮体较为松散，沉降速度慢，容易造成二次污染。同时，部分絮凝剂在与水中的杂质反应后会产生一些难以降解的副产物，这些副产物会在环境中长期存在，对土壤、水体等造成持续污染。

[0004]综上所述，传统的聚合氯化铝絮凝剂在生产和使用过程中均存在环境污染的问题。

发明内容

[0005]本发明的目的在于提供一种环保型聚合氯化铝絮凝剂，解决传统的聚合氯化铝絮凝剂在生产和使用过程中均存在环境污染的问题。

[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种环保型聚合氯化铝絮凝剂，所述环保型聚合氯化铝絮凝剂按百分比计包括：10%-30%的改性氧化铝、15%-35%的盐酸、2%-10%的复合有机高分子聚合物、5%-15%的天然矿物质-纳米复合材料和30%-60%的水，所述改性氧化铝由表面包覆有机硅化合物技术对氧化铝进行改性处理制得，所述复合有机高分子聚合物为聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮复合而成的有机高分子聚合物，所述天然矿物质-纳米复合材料为天然矿物质和纳米材料复合而成的复合材料，所述天然矿物质优选为硅藻土、膨润土中的一种或多种，所述纳米材料优选为二氧化钛。

[0007]其中，所述环保型聚合氯化铝絮凝剂的具体制备方法为：

[0008]将所述盐酸加入至所述水中，得到盐酸溶液;

[0009]对氧化铝进行表面包覆有机硅化合物的改性处理，得到所述改性氧化铝;

[0010]将所述改性氧化铝缓慢加入到盐酸溶液中，在搅拌条件下进行反应，反应温度为60-90℃，反应时间为2-4小时，使所述改性氧化铝充分溶解，形成氯化铝溶液;

[0011]向氯化铝溶液中加入所述复合有机高分子聚合物，并继续搅拌30-60分钟，使所述复合有机高分子聚合物与所述氯化铝充分混合，得到初混溶液;

[0012]向初混溶液中加入所述天然矿物质-纳米复合材料，搅拌均匀，形成均匀的混合溶液;

[0013]对混合溶液进行熟化处理，熟化温度为40-60℃，熟化时间为1-2小时;

[0014]根据需要，将熟化后的溶液进行浓缩或稀释，得到所需浓度的环保型聚合氯化铝絮凝剂。

[0015]其中，所述改性氧化铝按百分比计包括：90%-95%的基础氧化铝、3%-7%的有机硅化合物、1%-3%的偶联剂和1%-2%分散剂，所述有机硅化合物优选为聚二甲基硅氧烷，所述偶联剂优选为硅烷偶联剂KH-550，所述分散剂优选为聚乙二醇。

[0016]其中，所述改性氧化铝的具体制备方法为：

[0017]将基础氧化铝加入到反应釜中，开启搅拌器，以200-300r/min的转速进行搅拌，并缓慢升温至80-100℃，在升温过程中，通入氮气作为保护气，同时保持该温度搅拌1-2小时;

[0018]待反应釜温度降至60-70℃时，将称取好的硅烷偶联剂KH-550和聚乙二醇通过滴液漏斗缓慢滴加到反应釜中;

[0019]将反应釜温度调整至70-80℃，把聚二甲基硅氧烷缓慢滴加到反应釜中，滴加完成后，继续搅拌2-3小时，使包覆反应充分进行;

[0020]反应结束后，将反应釜温度降至室温，保持搅拌速度为200-300r/min，进行熟化处理1-2小时;

[0021]熟化完成后，采用抽滤的方法将改性氧化铝与反应溶液分离，用去离子水反复洗涤滤饼，将洗涤后的滤饼放入真空干燥箱中，在80-100℃下干燥4-6小时，得到所述改性氧化铝。

[0022]其中，所述复合有机高分子聚合物按百分比计包括60%-80%的聚丙烯酰胺和20%-40%的聚乙烯吡咯烷酮;

[0023]所述复合有机高分子聚合物的具体制备方法为：

[0024]向反应釜中加入适量的去离子水，开启搅拌器，以200-300r/min的转速进行搅拌，在搅拌过程中缓慢加入称取好的聚丙烯酰胺，同时提高搅拌速度至400-500r/min，持续搅拌至聚丙烯酰胺完全溶解，形成均匀的聚丙烯酰胺溶液;

[0025]将称取好的聚乙烯吡咯烷酮缓慢加入到聚丙烯酰胺溶液中，保持搅拌速度为400-500r/min，并加热溶液至50-60℃，继续搅拌1-2小时，使聚乙烯吡咯烷酮充分溶解，并与聚丙烯酰胺充分混合，形成复合有机高分子聚合物溶液;

[0026]搅拌结束后，将复合有机高分子聚合物溶液冷却至室温，对冷却后的复合有机高分子聚合物溶液进行过滤，得到所述复合有机高分子聚合物产品。

[0027]其中，所述天然矿物质-纳米复合材料按百分比计包括60%-80%的天然矿物质和20%-40%的纳米材料。

[0028]其中，所述天然矿物质-纳米复合材料的具体制备方法为：

[0029]将天然矿物质原料放入烘箱中，在105-110℃下烘干2-3小时，以去除其中的水分，将烘干后的天然矿物质用高速搅拌机进行初步粉碎，得到预处理后的天然矿物质;

[0030]将纳米材料缓慢加入到预处理后的天然矿物质中，开启高速搅拌机，以1000-1500r/min的转速搅拌30-60分钟，使纳米材料和天然矿物质充分混合;

[0031]将混合后的物料放入超声分散仪中，加入适量的去离子水，形成一定浓度的悬浮液，并开启超声分散仪，在20-40kHz的频率下超声处理20-30分钟;

[0032]将超声处理后的悬浮液进行过滤，得到固体滤饼，将滤饼放入烘箱中，在80-100℃下烘干至恒重，将烘干后的滤饼放入马弗炉中，在300-500℃下煅烧2-3小时，得到所述天然矿物质-纳米复合材料。

[0033]本发明的一种环保型聚合氯化铝絮凝剂，该絮凝剂采用所述改性氧化铝作为核心组分，通过表面包覆有机硅化合物技术提高其在水中的分散性和稳定性，减少了对环境的污染，同时，所述复合有机高分子聚合物的加入增强了絮凝效果，提高了絮体沉降速度，减少了二次污染的风险，此外，所述天然矿物质-纳米复合材料的引入，不仅提高了絮凝剂的吸附性能，还能在光照条件下分解有机污染物，实现深度净化，因此通过本技术方案提出的所述环保型聚合氯化铝絮凝剂，有效解决了传统聚合氯化铝絮凝剂在生产和使用过程中的环境污染问题。

附图说明

[0034]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0035]图1是本发明提供的环保型聚合氯化铝絮凝剂的制备方法的步骤流程图。

[0036]图2是本发明提供的改性氧化铝的制备方法的步骤流程图。

[0037]图3是本发明提供的复合有机高分子聚合物的制备方法的步骤流程图。

[0038]图4是本发明提供的天然矿物质-纳米复合材料的制备方法的步骤流程图。

具体实施方式

[0039]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0040]请参阅图1至图4，本发明提供一种环保型聚合氯化铝絮凝剂，所述环保型聚合氯化铝絮凝剂按百分比计包括：10%-30%的改性氧化铝、15%-35%的盐酸、2%-10%的复合有机高分子聚合物、5%-15%的天然矿物质-纳米复合材料和30%-60%的水，所述改性氧化铝由表面包覆有机硅化合物技术对氧化铝进行改性处理制得，所述复合有机高分子聚合物为聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮复合而成的有机高分子聚合物，所述天然矿物质-纳米复合材料为天然矿物质和纳米材料复合而成的复合材料，所述天然矿物质优选为硅藻土、膨润土中的一种或多种，所述纳米材料优选为二氧化钛。

[0041]在本实施方式中，该絮凝剂采用所述改性氧化铝作为核心组分，通过表面包覆有机硅化合物技术提高其在水中的分散性和稳定性，减少了对环境的污染，同时，所述复合有机高分子聚合物的加入增强了絮凝效果，提高了絮体沉降速度，减少了二次污染的风险，此外，所述天然矿物质-纳米复合材料的引入，不仅提高了絮凝剂的吸附性能，还能在光照条件下分解有机污染物，实现深度净化，因此通过本技术方案提出的所述环保型聚合氯化铝絮凝剂，有效解决了传统聚合氯化铝絮凝剂在生产和使用过程中的环境污染问题。

[0042]进一步的，所述环保型聚合氯化铝絮凝剂的具体制备方法为：

[0043]S1：将所述盐酸加入至所述水中，得到盐酸溶液;

[0044]S2：对氧化铝进行表面包覆有机硅化合物的改性处理，得到所述改性氧化铝;

[0045]S3：将所述改性氧化铝缓慢加入到盐酸溶液中，在搅拌条件下进行反应，反应温度为60-90℃，反应时间为2-4小时，使所述改性氧化铝充分溶解，形成氯化铝溶液;

[0046]S4：向氯化铝溶液中加入所述复合有机高分子聚合物，并继续搅拌30-60分钟，使所述复合有机高分子聚合物与所述氯化铝充分混合，得到初混溶液;

[0047]S5：向初混溶液中加入所述天然矿物质-纳米复合材料，搅拌均匀，形成均匀的混合溶液;

[0048]S6：对混合溶液进行熟化处理，熟化温度为40-60℃，熟化时间为1-2小时;

[0049]S7：根据需要，将熟化后的溶液进行浓缩或稀释，得到所需浓度的环保型聚合氯化铝絮凝剂。

[0050]进一步的，所述改性氧化铝按百分比计包括：90%-95%的基础氧化铝、3%-7%的有机硅化合物、1%-3%的偶联剂和1%-2%分散剂，所述有机硅化合物优选为聚二甲基硅氧烷，所述偶联剂优选为硅烷偶联剂KH-550，所述分散剂优选为聚乙二醇。

[0051]进一步的，所述改性氧化铝的具体制备方法为：

[0052]S101：将基础氧化铝加入到反应釜中，开启搅拌器，以200-300r/min的转速进行搅拌，并缓慢升温至80-100℃，在升温过程中，通入氮气作为保护气，同时保持该温度搅拌1-2小时;

[0053]S102：待反应釜温度降至60-70℃时，将称取好的硅烷偶联剂KH-550和聚乙二醇通过滴液漏斗缓慢滴加到反应釜中;

[0054]S103：将反应釜温度调整至70-80℃，把聚二甲基硅氧烷缓慢滴加到反应釜中，滴加完成后，继续搅拌2-3小时，使包覆反应充分进行;

[0055]S104：反应结束后，将反应釜温度降至室温，保持搅拌速度为200-300r/min，进行熟化处理1-2小时;

[0056]S105：熟化完成后，采用抽滤的方法将改性氧化铝与反应溶液分离，用去离子水反复洗涤滤饼，将洗涤后的滤饼放入真空干燥箱中，在80-100℃下干燥4-6小时，得到所述改性氧化铝。

[0057]进一步的，所述复合有机高分子聚合物按百分比计包括60%-80%的聚丙烯酰胺和20%-40%的聚乙烯吡咯烷酮;

[0058]所述复合有机高分子聚合物的具体制备方法为：

[0059]S201：向反应釜中加入适量的去离子水，开启搅拌器，以200-300r/min的转速进行搅拌，在搅拌过程中缓慢加入称取好的聚丙烯酰胺，同时提高搅拌速度至400-500r/min，持续搅拌至聚丙烯酰胺完全溶解，形成均匀的聚丙烯酰胺溶液;

[0060]S202：将称取好的聚乙烯吡咯烷酮缓慢加入到聚丙烯酰胺溶液中，保持搅拌速度为400-500r/min，并加热溶液至50-60℃，继续搅拌1-2小时，使聚乙烯吡咯烷酮充分溶解，并与聚丙烯酰胺充分混合，形成复合有机高分子聚合物溶液;

[0061]S203：搅拌结束后，将复合有机高分子聚合物溶液冷却至室温，对冷却后的复合有机高分子聚合物溶液进行过滤，得到所述复合有机高分子聚合物产品。

[0062]进一步的，所述天然矿物质-纳米复合材料按百分比计包括60%-80%的天然矿物质和20%-40%的纳米材料。

[0063]进一步的，所述天然矿物质-纳米复合材料的具体制备方法为：

[0064]S301：将天然矿物质原料放入烘箱中，在105-110℃下烘干2-3小时，以去除其中的水分，将烘干后的天然矿物质用高速搅拌机进行初步粉碎，得到预处理后的天然矿物质;

[0065]S302：将纳米材料缓慢加入到预处理后的天然矿物质中，开启高速搅拌机，以1000-1500r/min的转速搅拌30-60分钟，使纳米材料和天然矿物质充分混合;

[0066]S303：将混合后的物料放入超声分散仪中，加入适量的去离子水，形成一定浓度的悬浮液，并开启超声分散仪，在20-40kHz的频率下超声处理20-30分钟;

[0067]S304：将超声处理后的悬浮液进行过滤，得到固体滤饼，将滤饼放入烘箱中，在80-100℃下烘干至恒重，将烘干后的滤饼放入马弗炉中，在300-500℃下煅烧2-3小时，得到所述天然矿物质-纳米复合材料。

[0068]实施例1：

[0069]本发明提供一种环保型聚合氯化铝絮凝剂，按百分比计，称取所述改性氧化铝20%、所述盐酸25%、所述复合有机高分子聚合物(聚丙烯酰胺与聚乙烯吡咯烷酮复合)5%、所述天然矿物质-纳米复合材料(硅藻土与纳米二氧化钛复合)10%和所述水40%，按照所述环保型聚合氯化铝絮凝剂的具体制备方法进行操作，得到所述环保型聚合氯化铝絮凝剂。

[0070]将该絮凝剂用于生活污水处理，投加量为10mg/L，处理后的水质指标如下：浊度去除率达到95%以上，化学需氧量(COD)去除率达到80%以上，铝离子残留量低于0.2mg/L，符合相关排放标准。

[0071]实施例2：

[0072]本发明提供一种环保型聚合氯化铝絮凝剂，按百分比计，称取所述改性氧化铝10%、所述盐酸35%、所述复合有机高分子聚合物(聚丙烯酰胺与聚乙烯吡咯烷酮复合)8%、所述天然矿物质-纳米复合材料(膨润土与纳米二氧化钛复合)12%和所述水39%，按照所述环保型聚合氯化铝絮凝剂的具体制备方法进行操作，得到所述环保型聚合氯化铝絮凝剂。

[0073]将该絮凝剂用于工业污水处理，投加量为15mg/L，处理后的废水浊度明显降低，悬浮物去除率达到90%以上，重金属离子去除效果显著，铝离子残留量低于0.15mg/L，有效改善了水质。

[0074]以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

说明书附图(4)