【摘 要】
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随着石油能源供需矛盾的日益尖锐,油砂资源被大量露天开采。油砂的大量开采带来了大量的油砂尾矿。长期储存在尾矿池中的油砂尾矿将造成大面积的土地资源长时间不能被使用、油砂尾矿中大量的水资源无法被二次利用和当地生态环境被破坏等严重问题。针对上述问题,大量的商业聚丙烯酰胺絮凝剂被用于絮凝油砂尾矿。然而,商业聚丙烯酰胺絮凝剂存在絮凝效率低和二次污染严重的问题。为了解决商业聚丙烯酰胺絮凝剂存在的问题,本文设计并
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随着石油能源供需矛盾的日益尖锐,油砂资源被大量露天开采。油砂的大量开采带来了大量的油砂尾矿。长期储存在尾矿池中的油砂尾矿将造成大面积的土地资源长时间不能被使用、油砂尾矿中大量的水资源无法被二次利用和当地生态环境被破坏等严重问题。针对上述问题,大量的商业聚丙烯酰胺絮凝剂被用于絮凝油砂尾矿。然而,商业聚丙烯酰胺絮凝剂存在絮凝效率低和二次污染严重的问题。为了解决商业聚丙烯酰胺絮凝剂存在的问题,本文设计并制备了可自降解的SiO2-TiO2-聚丙烯酰胺（SiO2-TiO2-PAM）、SiO2-TiO2-聚（丙烯酰胺-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵）（SiO2-TiO2-P（AM-DMC））和SiO2-TiO2-聚（丙烯酰胺-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵-丙烯酸）（SiO2-TiO2-P（AM-DMC-AA））三种新型有机无机复合高效絮凝剂,其主要内容和结论如下:（1）针对商业聚丙烯酰胺絮凝剂存在的问题,通过表面光引发聚合技术成功制备了可自降解的SiO2-TiO2-PAM复合絮凝剂。为了研究分析SiO2-TiO2-PAM复合絮凝剂的合成过程、絮凝性能和降解特性,SiO2-TiO2-PAM被分别地进行FTIR、热重、透射等表征,絮凝参数优化实验和降解实验。SiO2-TiO2-PAM复合絮凝剂的表征数据表明,SiO2-TiO2-PAM通过表面光引发聚合技术被成功制备。应用中心组合设计（CCD）和响应面法（RSM）优化SiO2-TiO2-PAM复合絮凝剂的絮凝参数可以得到,SiO2-TiO2-PAM最佳的絮凝参数如下:VTBOT/mSiO2=6.66 mL.g-1,絮凝剂剂量为50ppm,高岭土浓度为1.5 wt%。并且,在最佳的絮凝条件下,复合絮凝剂SiO2-TiO2-PAM对高岭土悬浮液的浊度去除率可以达到99.2%,远高于一般复合絮凝剂的絮凝效率。SiO2-TiO2-PAM复合絮凝剂的自降解实验表明,降解时间达到2h后,SiO2-TiO2-PAM的降解效率可以达到90%以上,远高于一般光催化剂降解有机物的降解效率。而且,SiO2-TiO2-PAM复合絮凝剂的自降解过程符合一级动力学反应,一阶反应速率常数为2.3×10-2 min-1。（2）针对油砂尾矿负电荷的水体性质,通过表面光引发聚合技术成功制备了阳离子型SiO2-TiO2-P（AM-DMC）复合絮凝剂。为了研究分析SiO2-TiO2-P（AM-DMC）复合絮凝剂的合成过程、合成影响因素和絮凝性能,SiO2-TiO2-P（AM-DMC）被分别地进行FTIR、热重、XPS等表征,制备工艺参数优化实验和絮凝参数优化实验。SiO2-TiO2-P（AM-DMC）阳离子型复合絮凝剂的表征数据表明,SiO2-TiO2-P（AM-DMC）通过表面光引发聚合技术被成功制备。应用 CCD和RSM得到最佳的制备SiO2-TiO2-P（AM-DMC）工艺参数如下:mDMC:mAM=5,单体浓度为35%,反应时间为100 min。并且,最佳制备工艺参数条件下,阳离子型复合絮凝剂SiO2-TiO2-P（AM-DMC）的特性粘度为734.1 mL.g-1。通过利用CCD和RSM得到最佳的SiO2-TiO2-P（AM-DMC）絮凝参数如下:pH=5,絮凝剂剂量为30 ppm,高岭土浓度为1.36 wt%。并且,在最佳的絮凝条件下,阳离子型复合絮凝剂SiO2-TiO2-P（AM-DMC）的浊度去除率为87.5%。（3）为了进一步扩大复合絮凝剂的适用范围,通过表面光引发聚合技术成功制备了两性SiO2-TiO2-P（AM-DMC-AA）复合絮凝剂。为了研究分析SiO2-TiO2-P（AM-DMC-AA）复合絮凝剂的合成过程和絮凝性能,SiO2-TiO2-P（AM-DMC-AA）被分别地进行FTIR、热重、透射等表征和絮凝参数优化实验。SiO2-TiO2-P（AM-DMC-AA）两性复合絮凝剂的表征数据表明SiO2-TiO2-P（AM-DMC-AA）通过表面光引发聚合技术被成功制备。应用CCD和RSM得到最佳两性复合絮凝剂SiO2-TiO2-P（AM-DMC-AA）的絮凝参数如下:pH=5.37,絮凝剂剂量为 39.18 ppm,高岭土浓度为1.27 wt%。并且,在最佳的絮凝条件下,两性复合絮凝剂SiO2-TiO2-P（AM-DMC-AA）的浊度去除率为 97.09%。
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