无机有机复合高分子材料包覆纳米Fe3O4的制备及其性能研究

李瑞姣，李家亮，刘 浩

（山东理工大学 化工学院，山东 淄博 255000）

无机有机复合高分子材料包覆纳米Fe3O4的制备及其性能研究

李瑞姣，李家亮*，刘 浩

（山东理工大学 化工学院，山东 淄博 255000）

利用物理复合的方法制备出聚硅硫酸铁-壳聚糖（PFSS-CTS)复合高分子材料，并将其包覆在纳米Fe3O4的表面得到新型高效的磁絮凝剂PFSS-CTS@Fe3O4。通过扫描电子显微镜、傅立叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪对其表面形态和结构进行表征，结果表明，PFSS与CTS在反应前后物质结构发生了变化，生成了一种新的聚合物，并成功包覆在了纳米 Fe3O4的表面,得到了理想的产物。然后将其对工业废水进行絮凝试验得出该絮凝剂最佳合成及应用条件：m(PFSS)∶m(CTS)=5∶1，投加量为 180 mg/L，沉降时间为 20 min。PFSS-CTS@Fe3O4在最佳条件下COD、浊度、色度的去除率最高分别达到85.12 %、93.54%，89.74%。

PFSS-CTS；纳米Fe3O4；磁絮凝剂；PFSS-CTS@Fe3O4；COD；浊度；色度

PFSS与 CTS复配制备了复合高分子材料PFSS-CTS，并将其包覆在纳米 Fe3O4的表面得到新型高效的磁絮凝剂PFSS-CTS@Fe3O4，此产品应用于水处理中，兼具物理处理方法中的磁分离技术以及化学处理方法中的絮凝沉淀技术的优势,对工业废水具有良好的絮凝性能，而且环保、成本低、制备条件简单和可操作性强[1-3]。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

主要试剂：Na2SiO3·9H2O(含 SiO21.8%)、FeSO4·7H2O、FeCl3·6H2O、30%H2O2、98%H2SO4、等。

实验处理水样：潍坊某污水处理厂进水，pH=7.59，色度93.4°，浊度110NTU，COD=798.8 mg/L。

主要仪器:电子分析天平、磁力搅拌器、数显电热恒温水浴锅、精密酸度计、聚四氟乙烯内衬高压反应釜、超声波仪等。

1.2 PFSS-CTS复合絮凝剂的制备

以FeSO4·7H2O、30%H2O2、Na2SiO3·9H2O(含SiO21.8%)、98%H2SO4、壳聚糖（脱乙酰度94%）、冰乙酸为原料.按照文献[8]所述方法制备出PFSS。将PFSS溶液按不同的质量比在电磁搅拌器搅拌下缓慢加入到CTS（1%的醋酸溶液）中，滴加稀H2SO4调节pH值在1.4～1.8之间,剧烈搅拌使之混合均匀，静置反应2 h后,缓缓加热至70 ℃左右,此时,反应体系颜色变化为较深的橙黄色，将该体系在室温下静置24h,得到均一稳定的复合共聚产物PFSS-CTS。

1.3 复合絮凝剂包覆纳米Fe3O4的制备（溶胶一凝胶法）

按照相关标准制备的纳米Fe3O4浸渍于最佳质量配比制得的PFSS-CTS中超声约30 min，用高强度磁铁吸出，在 50 ℃下烘干,重复上述操作多次,每次重复浸渍前都必须将纳米Fe3O4烘干。

1.4 分析方法

（1）结构表征：通过扫描电子显微镜（SEM)、傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）对制备出的PFSS、CTS、PFSS-CTS、纳米Fe3O4和PFSS-CTS@Fe3O4进行表面形态和结构表征。

（2）产品性能：用1 L烧杯取1 000 mL处理水样，分别加入不同量的 PFSS-CTS 和PFSS-CTS@Fe3O4，调节水样pH为8，快速搅拌3 min，再慢速搅拌5 min，然后置于室温下静置沉降，取液面下2 cm处样品分别进行COD、浊度、色度的测定。

2 结果与分析

2.1 扫描电子显微镜（SEM)表征

2.1.1 PFSS、CTS、PFSS-CTS的SEM表征(图1-3)

图1 PFSS的扫描电镜图Fig.1 SEM images of PFSS

图2 CTS的扫描电镜图Fig.2 SEM images of CTS

图3 PFSS-CTS的扫描电镜图Fig.3 SEM images of PFSS-CTS

由图1可以看出PFSS呈现出均匀的多孔形貌，继续放大可以发现在孔的内部又均匀的镶嵌着圆柱形链状结构。图2为CTS扫描电镜图，从图中可以看出其形貌为不透明的较大较厚的片状结构，继续放大可以清楚看到CTS的较大较厚的片状结构是由很薄的几乎接近透明的丝片状结构组成 。图 3是PFSS与CTS反应产物PFSS-CTS的扫描电镜图，从图中可以推断出此透明物质为 CTS，说明反应后CTS的片状结构变得更薄更透明，并覆盖在 PFSS的表面。

2.2 沉降时间对絮凝效果的影响

当m(PFSS) ∶m(CTS)=5∶1，投加量为180 mg/L时，考察沉降时间对PFSS-CTS和PFSS-CTS@Fe3O4两种絮凝剂絮凝效果的影响，试验结果如图4所示。

图4 沉降时间对絮凝效果的影响Fig.4 The flocculation effect under the different settling time

由图4可知，两种絮凝剂都是先随着沉降时间的延长，COD、浊度和色度的去除率明显增大，达到一定时间点后，基本趋于平缓。PFSS-CTS絮凝剂处理的水样静止沉降 30 min 可达到最佳絮凝效果，COD、浊度和色度的去除率最高分别达到83.06 %、92.00%，80.00%； PFSS-CTS@Fe3O4絮凝剂处理的水样静止沉降20 min 即可达到最佳絮凝效果，COD、浊度和色度的去除率最高分别达到85.12 %、93.54%，89.74%。由此可知，PFSS-CTS包覆Fe3O4后，絮体沉降速度加快。

3 结 论

（1）通过扫描电子显微镜（SEM)、傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）对PFSS、 CTS、 PFSS-CTS、 纳 米 Fe3O4和PFSS-CTS@Fe3O4进行表面形态和结构的表征。结果表明，PFSS与CTS在反应前后物质结构发生了变化，生成了一种新的聚合物，且成功包覆在了纳米Fe3O4的表面。

（2）将复合及包覆后的絮凝剂应用于工业废水的处理中，分别考察了絮凝剂投加量和处理后废水沉降时间对絮凝效果的影响，得出PFSS-CTS投加量为180 mg/L，沉降时间为30 min时COD、浊度和色度的去除率最高分别达到 83.06 %、92.00%，80.00%；PFSS-CTS@Fe3O4投加量为180 mg/L，沉降时间为20 min时COD、浊度和色度的去除率最高分别达到 85.12 %、93.54%，89.74%。由此可知，PFSS-CTS@Fe3O4无论是在 COD、浊度和色度的去除率上还是沉降速度上效果均优于PFSS-CTS。

［1］蒋文天, 邱祖民. 复合高分子絮凝剂在废水处理中的应用进展[J].工业水处理. 2008;28:5-8.

［2］徐超. 磁絮凝剂的制备及絮凝性能研究 [D]: 江苏大学; 2009.

［3］邹静. 新型无机—有机复合高分子絮凝剂的制备及性能研究 [D]:北京化工大学; 2012.

EIA原油库存创年内最大降幅 但成品油库存激增抵消利好

美国能源信息署(EIA)周三(4月26日)公布的数据显示，上周美国原油库存降幅大于预期，汽油和精炼油库存意外增加。

EIA公布，截至4月21日当周，美国原油库存减少364.1万桶，连续三周减少，降幅为去年12月30日当周以来最大，市场预估为减少166.1万桶。美国原油主要交割地库欣库存减少120.3万桶，连续两周下滑，降幅为今年2月17日当周以来最大，前值为减少77.8万桶。上周美国原油进口增加51.5万桶至891.2万桶/日。而上周美国原油出口也增加58.7万桶/日至115.2万桶/日。此外，上周美国汽油进口升至91.6万桶/日，为去年9月来的最高水平。美国精炼油库存增加265.1万桶，结束连续10周下滑趋势，增幅为今年1月6日当周以来最大，市场预估为减少103.7万桶。美国汽油库存增加336.9万桶，连续两周增加，增幅为今年1月27日当周以来最大，市场预估为减少102万桶。EIA数据显示，炼厂产能利用率上升1.2个百分点，至94.1%，日炼油量增加34.7万桶。此外，上周美国国内原油产量增加1.3万桶至926.5万桶/日，连续10周增加且继续维持在900万桶/日关口上方。

EIA数据公布后，美布两油短线拉升，但布伦特原油依然位于平盘下方。

Research on Preparation and Properties of Nanometer Fe3O4Coated by Inorganic-organic Composite Polymer Materials

LI Rui-jiao, LI Jia-liang*, LIU Hao

（School of Chemical Engineering ,Shandong University of Technology, Shandong Zibo 255000, China)

Polysilicon ferric sulfate-chitosan (PFSS-CTS) composite polymer material was prepared by using physical compounding method, and the composite polymer material was coated on the surface of nanometer Fe3O4to get a new type of efficient magnetic flocculant PFSS-CTS@Fe3O4. Its surface morphology and structure were characterized by scanning electron microscope, Fourier transform infrared spectrometer, X-ray diffraction. The results show that the material structure of PFSS and CTS has changed into a new kind of polymer which coated on the surface of nanometer Fe3O4successfully after the reaction,that means the ideal product has been synthesized. Then the optimum synthesis and application conditions which were concluded from the flocculation test of industrial wastewater were obtained as follows: m(PFSS):m(CTS) = 5:1, dosing quantity 180 mg/L, settling time 20 min. Under the best conditions，the removal rates of COD, turbidity and chromaticity by using PFSS-CTS@Fe3O4were up to 85.12%, 93.54%, 89.74% ,respectively.

PFSS-CTS；Nanometer Fe3O4；Magnetic flocculants；PFSS-CTS@Fe3O4；COD；Turbidity；Chromaticity

TQ 325

A

1671-0460（2017）04-0610-03

2016-09-30

李瑞姣（1993-），女，山东省济宁市人，硕士，2017年毕业于山东理工大学，研究方向：污水处理。E-mail：1258019148@qq.com。

李家亮（1964-），男，博士，副教授，研究方向：污水处理。E-mail：qinaiyumeishi@163.com。