絮凝剂是水处理过程中最常使用的药剂之一,其种类繁多、应用广泛。絮凝剂去除水中悬浮颗粒的作用机理主要包括吸附电中和作用、静电簇作用、吸附架桥作用以及网捕卷扫作用等。水中的悬浮颗粒物在絮凝剂的作用下首先逐步形成较大的絮团,所形成的絮团在后续的气浮或沉淀工艺中从水中分离出来,达到净化水质的目的。净化的效率与絮凝剂的絮凝性能紧密相关,在实际使用过程中为了提高净化效果,往往将两种不同类型的絮凝剂配合投加。随着材料科学技术的发展,有机-无机复合材料不断地推陈出新,在追求稳定絮凝性能的同时可以将一些特殊功能材料与传统絮凝剂复合在一起形成具有特殊功能的复合絮凝剂。本研究采用纳米Fe₃O₄颗粒作为磁性材料制备合成了环境友好的PAM基复合磁性絮凝剂,并表征了其结构与性质;通过混凝实验,探讨各型磁性复合絮凝剂的絮凝效果及絮凝机理;利用分形理论,研究使用各型絮凝剂形成絮体的分形维数,揭示絮体分形特征与混凝效果之间的关系,建立了数学模型。本研究基于Fe₃O₄所具有稳定的晶体结构和很强的铁磁性,利用油酸将其纳米颗粒表面进行化学修饰,然后与丙烯酰胺（AM）单体和二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）单体、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）单体等在有机-无机双引发体系下进行水溶液聚合反应,合成制备了一系列磁性复合絮凝剂,即阳离子型磁性复合絮凝剂CMF1、CMF2和CMF3,阴离子型磁性复合絮凝剂AMF1、AMF2和AMF3,以及两性型磁性复合絮凝剂ACMF1、ACMF2和ACMF3。通过FTIR、TG、XRD、SEM、EDX、粒度、磁化率、特性粘度和zeta电位等分析方法,对磁性复合絮凝剂的结构和性质进行了全面地表征,结果表明:Fe₃O₄被成功引入到复合絮凝剂的分子链上,使复合絮凝剂带有磁性,在外磁场的作用下这一特性有利于缩短絮凝后续工艺泥水分离所需要的时间,从而能够减小絮凝后续气浮池或沉淀池的容积、减少占地面积、降低投资和运行成本。随着共聚单体种类的变化,磁性复合絮凝剂具有明显的带电性质,通过对单体比例的调节,制备得到一种分子链上带有正负电荷数相当的两性型磁性复合絮凝剂ACMF2。制备的系列磁性复合絮凝剂具有较好的热稳定性、水溶性,且粒度较小、分散均匀、分子量较高。通过对热重曲线的分析,判断CMF系列磁性复合絮凝剂及ACMF1、ACMF3为接枝共聚物,分子链上存在有杂环,需与其他絮凝剂配合使用,AMF系列磁性复合絮凝剂及ACMF2为嵌段共聚物,分子链呈长直线性,可单独使用。将CMF系列磁性复合絮凝剂、AMF系列磁性复合絮凝剂和ACMF2分别在高岭土模拟废水、Fe（OH）₃胶体溶液模拟废水和皂土模拟废水中进行系统地混凝实验研究。考察了加药量、pH、搅拌转速和搅拌时间等因素对絮凝性能的影响,并结合混凝反应后废水上清液中的zeta电位和形成絮体的形貌特征分析判断絮凝剂的作用机理。结果表明:除CMF3外,该类絮凝剂均具有良好的絮凝性能,絮体团块状特征明显,尺寸较大,易于快速分离,在最佳混凝实验条件下对浊度或总铁含量的去除率均大于90%,有些甚至达到了99%以上。其中AMF3在混凝过程中随着GT值的增加经历了絮体形成—破碎—再凝聚—再破碎的复杂过程。CMF1、AMF2和ACMF2的混凝作用机理主要是静电簇作用和磁凝聚作用,伴随着吸附架桥作用和网捕卷扫作用;CMF2、AMF1和AMF3的混凝作用机理主要是吸附电中和作用和磁凝聚作用,伴随着吸附架桥作用和网捕卷扫作用;CMF3的混凝作用机理主要是吸附电中和作用和磁凝聚作用,存在一定程度的吸附架桥作用,无网捕卷扫作用。其中,磁凝聚作用是该类絮凝剂所特有的机理,是对复杂的混凝作用机理的补充。利用平面图形分析技术对混凝实验形成的絮体的分形特征进行了统计计算,得出混凝实验条件下絮体的二维分形维数。在最佳混凝实验条件下形成的絮体的二维分形维数都高度接近于2,说明在静电引力、磁耦合力及范德华引力等结合力的综合作用下该类絮凝剂形成的絮体结构紧密,具有自相似性和标度不变性分形特征。实验针对在各种条件下得到的去除率和絮体的二维分形维数之间的相关性,建立了数学模型（?）,并统计分析出各因素对数学模型中的α值和β值的影响变化情况,为衡量絮凝剂的性能及混凝效果提供了新的研究方法。