本發明涉及污泥脫水劑制備，具體涉及一種環保型聚合物污泥脫水劑及其制備方法。
背景技術：
1、環保型聚合物污泥脫水劑，作為一種綠色、可生物降解的水處理藥劑，近年來在市政污水污泥處理及印染、造紙等工業污泥脫水領域得到了廣泛應用。然而，傳統脫水劑在使用過程中存在明顯缺陷：其脫水效率往往受限，形成的絮體結構松散，未能有效構建利于水分排出的多孔通道，導致污泥經機械脫水后泥餅含水率依然較高，增加了后續運輸與處置的難度和成本。通過引入特定官能團或調節分子鏈構型，旨在改善污泥的力學特性，改進后的藥劑能夠促進污泥顆粒形成更加大而密實的絮體，并在絮體內部構建穩定的多孔通道，從而在高壓脫水過程中有效降低水分流動阻力，提升固液分離效率。
技術實現思路
1、本發明的目的在于提供一種環保型聚合物污泥脫水劑，以解決傳統污泥脫水劑在脫水效果上存在的不足。
2、本發明的目的可以通過以下技術方案實現：
3、一種環保型聚合物污泥脫水劑的制備方法，具體包括如下步驟：
4、步驟s1：將淀粉、氫氧化鈉和去離子水混合均勻，在轉速為140-160℃，溫度為30-35℃的條件下，進行糊化處理30-40min，升溫至60-65℃，攪拌并加入3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨，進行反應5-6h，制得改性陽離子淀粉；
5、步驟s2：將十二烷基硫酸鈉、過硫酸鉀、去離子水和改性添加劑混合均勻，在轉速為200-250r/min，溫度為60-70℃的條件下，攪拌并加入改性陽離子淀粉和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨，進行反應2-4h，制得預處理聚合物；
6、步驟s3：將預處理聚合物、?二月桂酸二丁基錫、丙酮和改性填料混合均勻，在轉速為160-180r/min，溫度為40-50℃的條件下，進行反應2-3h，制得環保型聚合物污泥脫水劑。
7、進一步，步驟s1所述的淀粉為支鏈淀粉9037-22-3，淀粉、氫氧化鈉、去離子水和3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨的用量比為1g:0.2g:20ml:2g。
8、進一步，步驟s2所述的十二烷基硫酸鈉、過硫酸鉀、去離子水、改性添加劑、改性陽離子淀粉和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨的用量比為0.9g:0.3g:200ml:12g:18g:10g。
9、進一步，步驟s3所述的預處理聚合物和改性填料的用量比為10-14g:2-3g，?二月桂酸二丁基錫的用量為預處理聚合物質量的0.3-0.5%。
10、進一步，所述的改性添加劑由如下步驟制成：
11、步驟a1：將羥脯氨酸、四氫呋喃和氫化鈉混合均勻，在轉速為120-130r/min，溫度為0-5℃的條件下，攪拌30-50min，加入2-溴吡啶，升溫至30-50℃，進行反應6-8h，制得中間體1，將中間體1、環氧氯丙烷和n,n-二甲基甲酰胺混合均勻，在轉速為150-170r/min，溫度為50-65℃的條件下，進行反應5-9h，攪拌并加入氫氧化鈉溶液，進行反應1-1.5h，制得中間體2；
12、步驟a2：將中間體2、氨丙基三乙氧基硅烷和四氫呋喃混合均勻，在轉速為160-180r/min，溫度為25-30℃的條件下，進行反應1-2h，制得中間體3，將中間體3、叔丁基二甲基硅醚、咪唑和n,n-二甲基甲酰胺混合均勻，在轉速為140-150r/min，溫度為20-25℃的條件下，進行反應2-4h，制得中間體4，將中間體4、1-羥基苯并三唑和二氯甲烷混合均勻，在轉速為140-160r/min，溫度為0-5℃，ph為5-6的條件下，攪拌并加入1-乙基-3-(3-二甲胺丙基)碳二亞胺，進行反應40-60min，升溫至20-30℃，攪拌并加入油醇和三乙胺，進行反應4-6h，制得中間體5；
13、步驟a3：將中間體5、四丁基氟化銨和四氫呋喃混合均勻，在轉速為130-140r/min，溫度為25-30℃的條件下，進行反應2-3h，制得中間體6，將中間體6、氯乙酸鈉和n,n-二甲基甲酰胺混合均勻，在轉速為100-110r/min，溫度為60-70℃，ph為7-8的條件下，進行反應6-8h，制得中間體7，將三氯化鋁和去離子水混合均勻，在轉速為2000-3000r/min，溫度為20-30℃的條件下，攪拌并加入中間體7和氫氧化鈉，進行反應2-4h，制得改性添加劑。
14、進一步，步驟a1所述的羥脯氨酸、氫化鈉和2-溴吡啶的用量比為1mmol:1.1mmol:1mmol，中間體1、環氧氯丙烷和氫氧化鈉溶液的用量比為1mmol:1.1-1.5mmol:1.2mmol，氫氧化鈉溶液的質量分數為45%。
15、進一步，步驟a2所述的氨丙基三乙氧基硅烷的用量為中間體2質量的2-4%，中間體3、叔丁基二甲基硅醚和咪唑的摩爾比為1mmol:1.2mmol:2.5mmol，中間體4、1-羥基苯并三唑、二氯甲烷、1-乙基-3-(3-二甲胺丙基)碳二亞胺、油醇和三乙胺的用量比為1.2mmol:1.5mmol:5-10ml:1.5mmol:1mmol:3mmol。
16、進一步，步驟a3所述的中間體5和四丁基氟化銨的摩爾比為1mmol:1.1mmol，中間體6和氯乙酸鈉的用量為1mmol:4.4mol，三氯化鋁、去離子水、中間體7和氫氧化鈉的用量比為10mmol:5ml:3-4mmol:2mg。
17、進一步，所述的改性填料由如下步驟制成：
18、步驟b1：將秸稈、乙酸鋅、尿素和去離子水混合均勻，浸泡10-12h，在溫度為60-65℃的條件下，烘干處理，在溫度為400-450℃的條件下，高溫熱解3-5h，制得氮摻雜生物炭，將氮摻雜生物炭和硝酸混合均勻，在溫度為60-80℃的條件下，進行反應2-3h，制得預處理生物炭；
19、步驟b2：將預處理生物炭分散在n,n-二甲基甲酰胺中，加入六水合氯化鐵和2,5-二巰基對苯二甲酸，在頻率為30-40khz的條件下，超聲處理10-15min后，置于反應釜中，在溫度為110-120℃的條件下，進行反應20-24h，制得改性生物炭；
20、步驟b3：將改性生物炭分散在四氫呋喃中，在轉速為200-300r/min，溫度為60-80℃，ph為4-5的條件下，攪拌并加入異氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，進行反應8-10h，制得改性填料。
21、進一步，步驟b1所述的秸稈、乙酸鋅、尿素和去離子水的用量比為20g:0.04mol:0.04mmol:200ml，氮摻雜生物炭和硝酸的用量比為1g:15ml，硝酸的質量分數為65%。
22、進一步，步驟b2所述的預處理生物炭、n,n-二甲基甲酰胺、六水合氯化鐵和2,5-二巰基對苯二甲酸的用量比為0.1g:50ml:4.05g:1.236g。
23、進一步，步驟b3所述的異氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的用量為改性生物炭質量的0.5-1%。
24、本發明的有益效果：在堿性條件下，3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨發生分子內環化反應，生成環氧結構的中間體，然后與淀粉反應，環氧環打開，生成醚鍵，制得改性陽離子淀粉。在引發劑過硫酸鉀的作用下，陽離子淀粉上的氫原子被奪取，促使淀粉分子上形成一個活性中心，生成淀粉自由基，同時引發改性添加劑和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨形成單體自由基，兩者乳液共聚，制得預處理聚合物。預處理聚合物上的羥基和改性填料上的異氰酸酯基團發生反應，生成氨基甲酸酯基團，制得環保型聚合物污泥脫水劑。
25、改性添加劑：羥脯氨酸上的醇羥基被氫化鈉去離子化，形成負氧離子，負氧離子作為親核試劑進攻2-溴吡啶上的溴原子，制得中間體1。中間體1上的仲胺與環氧氯丙烷上的環氧基團發生開環反應，生成羥基，后續加入氫氧化鈉溶液，引發羥基與氯原子發生閉環反應，生成新的環氧基團，制得中間體2。中間體2上的環氧基團和氨丙基三乙氧基硅烷上的氨基發生反應，制得中間體3，在酸性環境中，中間體3上羧酸根離子轉化為羧基，在羧基活化試劑作用下與油醇上的羥基反應，制得中間體4。中間體4上的叔胺基團和氯乙酸鈉發生取代反應，生成季銨鹽結構，制得中間體5，三氯化鋁在水中解離形成鋁離子，鋁離子進一步水解形成水合離子，加入氫氧化鈉后，促進形成al(oh)4-等鋁羥基物種。中間體5上的乙氧基團水解形成硅醇鍵，在高速攪拌下，硅醇與鋁羥基物種發生脫水縮合，形成al-o-si共價鍵，制得改性添加劑。
26、改性填料：乙酸鋅和尿素生成堿式碳酸鋅，堿式碳酸鋅在高溫熱解過程中產生二氧化碳、水蒸氣和氨氣，二氧化碳和水蒸氣能夠豐富秸稈渣生物炭中的孔隙結構，而氨氣會與生物炭的碳骨架表面的碳原子發生反應，形成吡啶氮等結構，將氮元素固定在碳晶格中，制得氮摻雜生物炭。硝酸處理后，導致碳表面被氧化，引入含氧官能團，制得預處理生物炭。在高溫條件下，n,n-二甲基甲酰胺會分解生成弱堿二甲胺，促使2,5-二巰基對苯二甲酸轉化為2,5-二巰基對苯二甲酸根離子，該離子作為有機配體，可以與六水合氯化鐵提供的鐵離子發生配位反應，并在預處理生物炭表面生成金屬有機框架，制得改性生物炭。異氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷上的甲氧基團水解生成硅醇鍵，和改性生物炭上的fe-oh發生脫水縮合，制得改性填料。
27、改性添加劑上同時含有正、負兩種電荷，能更高效地中和污泥顆粒表面復雜的正負電荷位點，從而顯著壓縮雙電層，破壞膠體穩定性。同時在改性添加劑分子鏈上引入長鏈烷烴結構和共價鍵構成的有機硅鋁復合結構，長鏈烷烴通過疏水締合作用使得聚合物分子鏈間的相互作用增強，提升吸附架橋作用，提升絮凝效果；有機硅鋁復合結構通過有機鏈的吸附架橋將細小污泥顆粒聚集成大絮體，同時利用無機硅鋁骨架的網捕和剛性支撐作用，在高壓脫水時形成透水通道，從而顯著提高沉降速度和脫水效率，大幅降低最終泥餅的含水率。改性填料由氮摻雜生物炭負載在金屬有機框架上制得，氮摻雜調控了碳材料的親疏水平衡，并提供了豐富的活性位點，從而增強了對污泥顆粒及污染物的吸附捕獲能力。生物炭負載在金屬有機框架上，通過多孔結構和大比表面積吸附污泥中的游離水分和微小顆粒，同時作為“骨架”支撐絮體結構，形成多孔通道促進水分釋放，改善泥餅孔隙率。