[发明专利]一种可降解的磁性有机无机复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可降解的磁性有机无机复合絮凝剂及其制备方法，以原矿的高岭土和有机钛复合粒子为内核，聚丙烯酰胺为外膜；其中，复合粒子由有机钛包覆原矿高岭土得到，采用光引发和沉淀聚合复合工艺，实现丙烯酰胺单体在无机复合材料的表面引发聚合；该工艺不仅实现了聚丙烯酰胺在无机复合粒子表面的化学键合,通过原子杂化大大提高了复合粒子的磁性能，同时可以有效的解决纳米二氧化钛分散不均匀和絮凝剂接枝率低的问题。可替代传统的聚丙烯酰胺絮凝剂，能够有效解决油砂尾矿环境污染、占用大量土地资源和浪费水资源的问题。在不影响絮凝剂絮凝效果的同时具有磁性、环保、低成本的特点。

技术领域

本发明涉及油砂矿开采领域，尤其为一种可降解的磁性有机无机复合材料及其制备方法。

背景技术

众所周知，油砂矿藏中蕴含着丰富的石化资源，对这些资源的合理开采和利用具有极高的社会经济价值和重要的实际意义。出于对开采成本因素的考虑，当前，油砂矿主要采用露天开采技术，在开采过程中产生了大量的油砂尾矿。而这些油砂尾矿需要修建大量的尾矿池来长期存放，仅加拿大（油砂储存量占世界第三）一国在过去50年中产生的油砂尾矿总量就达0.83×109立方米，尾矿池占地面积约是温哥华市面积（176平方千米）的2.5倍，造成了巨大的经济损失和环境破坏。为解决上述问题，自2000年以来，大量的商用聚丙烯酰胺（PAM）絮凝减水剂被用来降低油砂尾矿中的水分含量，效果十分显著，已经可以回收并循环利用近70%的水分，有效地减少了尾矿排放体积。商用PAM主要的问题包括：沉淀产物中高分子量聚丙烯酰胺的分子链中包裹大量的水分，更加难以挥发出来；高分子量聚丙烯酰胺对更细小无机粉末的絮凝能力较低；聚丙烯酰胺高分子在油砂尾矿中长时间存在，对周围水体环境构成了较大的威胁。

新一代油砂尾矿减水剂的絮凝减水效果更好、成本更低，可以实现油砂尾矿深度脱水。然而新一代絮凝剂的发展还面临一些挑战。首先，将PAM高分子“接枝”到无机微米粒子表面，接枝密度低、键合力相对弱、无机微粒在高分子水溶液中不容易分散等。其次，颗粒表面的PAM降解需要很长的时间。降解的产物AM会对人类和社会造成很大的威胁。因此，研究一种可以有效提升絮凝性能并且对环境不产生威胁的絮凝剂，显得非常重要。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可降解的磁性有机无机复合材料及其制备方法，所得复合材料絮凝剂具有较好的光降解效率；制备方法操作简单。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种可降解的磁性有机无机复合絮凝剂，所述絮凝剂包括内核与外膜，所述内核为无机土与纳米二氧化钛的复合粒子，所述外膜为聚丙烯酰胺，其中，所述复合粒子通过纳米二氧化钛包覆无机土得到；所述聚丙烯酰胺通过丙烯酰胺单体聚合于无机复合粒子表面得到。

进一步的，所述无机土为原矿微米高岭土。

本发明还提供一种可降解磁性有机无机复合絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、无机复合粒子的制备：有机钛和微米原矿高岭土通过溶胶凝胶法制备得到无机复合粒子；

S2、磁性絮凝剂的制备：在紫外光照射下，丙烯酰胺单体在S1中制备得到的无机复合粒子表面引发聚合反应得到磁性絮凝剂。

进一步的，所述步骤S1无机复合粒子的制备，具体包括以下步骤：

S1.1、取有机钛，随后加入乙二醇甲醚和微米原矿高岭土，按照料液比混合后，先强力搅拌15min-30min，再超声分散15min-30min；

S1.2、超声后放入密闭鼓风干燥箱，在60℃-80℃温度下使凝胶熟化，并干燥42h-54h；

S1.3、干燥后放入坩埚中，坩埚放入箱式炉，在420℃-510℃温度下煅烧3-5小时，即得纳米二氧化钛和微米高岭土的无机复合粒子。