一種疏水改性陽離子絮凝劑的製備方法
2023-07-11 20:55:41 1
專利名稱：一種疏水改性陽離子絮凝劑的製備方法
技術領域：
本發明涉及有機高分子化合物的製備方法，具體說是一種疏水改性陽離子絮凝劑的 製備方法。
背景技術：
絮凝沉澱法是目前處理各種汙水的重要方法之一，它通過投加在被汙染水體中的絮 凝劑的架橋凝絮及巻掃作用等除去水中的膠體、固體懸浮物及溶解性有機物，達到淨水 的目的。泥沙濁水、含藻汙水及煉油、造紙廢水等，多含有表面帶有陰離子的膠體或懸 浮物，其性質穩定，絮凝沉澱難，陽離子型聚丙烯醯胺絮凝劑被廣泛的用於此類汙水的 處理。此類絮凝劑目前使用的製備方法多在3(TC以上引發聚合，也有少數在5 1(TC下 引發聚合，這些溫度均不能保證聚合時聚合反應自身產生的聚合熱的迅速放出，使得聚 合溫度偏高，聚合反應迅速，所得聚合物絮凝劑分子量小，分子量分布不均勾，各類文 獻資料顯示絮凝劑產品發黃，甚至呈深黃色，就是聚合過程溫度偏高的外觀表現。由於 絮凝劑的分子量偏小，絮凝劑使用時則表現為絮凝時間長，用量大(一般大於100mg/L)， 除濁率和COD去除率不高的缺陷，淨水處理效果不理想。發明內容本發明的目的是提供一種用於含有較多陰離子汙物的水體處理時，具有單位體積用 量小、處理效果好的疏水改性陽離子絮凝劑的製備方法。本發明人經過長期研究和多次試驗，發現在低溫下將聚合體系凍結後，再在一定 溫度下自然緩慢升溫使聚合體系在較低的溫度下緩慢進行聚合反應，能形成大分子聚合 物，從而製得分子量大且均勻的無色透明的絮凝劑產品。將此絮凝劑用於含有較多陰離 子汙物的水體處理時，具有單位體積用量小、處理效果好，生成的絮團粗大、不易破碎 的特點，藻類汙水除濁率達98. 2%，高濁汙水的除濁率達94. 3%;同時可通過巻掃和吸 附作用去除汙水中的可溶性雜質降低汙水的C0D值。基於上述，本發明提供的一種疏水改性陽離子絮凝劑的製備方法，該製備方法包括 如下步驟-a、將丙烯醯胺、丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨及陽離子表面活性劑用少量水溶解， 同時通氮除氧；b、 加入丙烯酸丁酯及一定量的水，配成總質量濃度為20 40%的溶液，再通氮除氧;c、 加入引發劑，密封；d、 在-18 -12。C下冷卻，直至溶液完全凍結；e、 在30 35。C下待完全溶解後，再靜置2-4h即得；其中丙烯醯胺、丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨和丙烯酸丁酯三種單體的摩爾比為4: 1 3: 0.2 0.3，步驟a、 b、 c均在可攪拌的情況下、且溫度控制在0 3。C之間進行。 在步驟b中，調節pH為4 6。 所述的陽離子表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨。 所述的引發劑用量為單體總質量的0. 1 0. 2%。所述的引發劑為氧化還原引發劑，由亞硫酸氫鈉、過硫酸鉀和尿素按質量比h 1: 1組成。所述的引發劑還含有偶氮引發劑偶氮二異丁腈，偶氮引發劑與氧化還原引發劑的質 量比為1: 1.5 2.5。具體化學反應式如下formula see original document page 4本發明與現有的技術相比具有以下優點1、 採用在-18 -12'C下冷凍後自然緩慢升溫的聚合方式，使得單體聚合產生的聚 合熱通過由冰轉變為水的相變過程及水的升溫過程迅速帶走，保證聚合體系保持較恆定 的低溫，克服由於聚合產物黏度大、散熱困難導致聚合體系溫度偏高，聚合物分子量小、 分子分布寬的缺陷；且聚合過程中隨著溫度的升高，弓l發反應的自由基的數量和活性逐 漸增大，引發單體緩慢聚合，有利於生成大分子聚合物。2、 聚合時的pH調節至4 6，可以克服由於pH值低，單體分子內或分子間形成醯 亞胺，導致生成含支鏈或交聯型的產物，絮凝劑的溶解性差的缺陷；同時克服pH值較 高，鏈轉移的速率大，難以形成大分子，特性黏度偏低的缺陷。3、引發劑除採用傳統的過硫酸鉀、亞硫酸氫鈉氧化還原引發劑外，還添加尿素和 偶氮引發劑一偶氮二異丁腈。其中尿素即作為氧化還原引發劑，參與氧化還原反應釋放 自由基，同時也可作為助溶劑，增加絮凝劑的溶解性能；偶氮引發劑可在聚合後期二次 引發單體聚合，降低產品中殘餘單體的含量，提高聚合物的相對分子量。4、 本發明中疏水基團的引入使聚合物的親水性能降低，在懸浮顆粒上的吸附能力增 強；同時，疏水基團在水溶液中發生締合作用，使聚合物間的相互作用增強。以上兩種 效應使疏水締合絮凝劑具有更強的吸附架橋作用，從而獲得更強的絮凝能力。5、 所得的絮凝劑分子長鏈上既有醯胺基團，又有大量帶正電荷的陽離子基團，在 酸性、鹼性環境下均呈現陽離子性，對帶負電的懸浮顆粒或膠體進行絮凝沉澱可同時具 有電中和性，以及吸附和橋聯的綜合性能，絮凝作用迅速、徹底。用於汙水處理時，快 速完成發生沉降，用量小於20mg/L,對藻類汙水除濁率達到98. 2%，高濁汙水的除濁率 達94. 3%;同時通過巻掃和吸附作用去除汙水中的可溶性雜質降低汙水的COD值。6、 本發明工藝簡單，聚合反應緩和，易控制，後期反應在常溫下進行，無需攪拌， 設備成本低。
具體實施方式
以下列舉本發明的一些優選的具體實施例，以助於進一步理解發明，但本發明的範 圍並不局限於此。以下實施例中各原料的來源為丙烯醯胺天津市大茂化學試劑廠，純度為分析純；丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨淄博市臨淄萬多福精細化學品廠，純度為工業級，質 量含量為80%的水溶液；十六烷基三甲基溴化銨天津福晨化學試劑廠，分析純；過硫酸鉀、亞硫酸氫鈉、尿素、偶氮二異丁腈天津市大茂化學試劑廠，均為分析純。實施例1:a、 在裝有攪拌器、溫度計、加料滴液漏鬥、氮氣進出口的250mL的燒瓶中，加入 12g丙烯醯胺、0.2g十六烷基三甲基溴化銨，用少量水攪拌溶解，放入冰水混合物中， 通氮除氧，再加入丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨9.2mL，用HCl調節至pH二4;b、 加入丙烯酸丁酯1.2g，加水36mL，繼續通氮攪拌25min;c、 分別加入質量百分濃度1%亞硫酸氫鈉、過硫酸鉀、尿素水溶液各2. 5raL，質量百分濃度1%偶氮二異丁腈1. 2mL，通氮狀況下迅速攪拌後密封；d、 -181:的溫度下冷凍至溶液完全結冰；e、 在30土2。C下待完全溶解後，再靜置4h得無色膠狀絮凝劑；步驟a、 b、 c的溫度控制在rc。用黏度法測試產品的特性黏度為926mL/g，陽離子摩爾分數36.4%，對藻類汙水的 除濁率達88. 1%， COD去除率86. 3%，對高嶺土模擬高濁水的除濁率達94. 3%。實施例2:a、 在裝有攪拌器、溫度計、加料滴液漏鬥、氮氣進出口的250mL的燒瓶中，加入 6g丙烯醯胺、0.5g十六烷基三甲基溴化銨，加入少量水攪拌溶解，放入冰水混合物中， 通氮除氧，再加入丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨60mL,攪拌均勻，用HCl調節至pH二5;b、 加入丙烯酸丁酯0.6g，加入70mL水，繼續通氮攪拌30min;c、 分別加入質量百分濃度1%亞硫酸氫鈉、過硫酸鉀、尿素水溶液各5. 5mL，質量 百分濃度1%偶氮二異丁腈3. OmL，通氮狀況下迅速攪拌後密封；d、 -17"的溫度下冷凍至溶液完全結冰；e、在室溫30土2。C下待完全溶解後，再靜置3.5h得無色膠狀絮凝劑。 步驟a、 b、 c的溫度控制在2'C。用黏度法測試產品的特性黏度為525mL/g，陽離子摩爾分數74. 3%，對藻類汙水的 除濁率達98. 2%， COD去除率95. 6%，對高嶺土模擬高濁水的除濁率達82. 3%。實施例3:a、 在裝有攪拌器、溫度計、加料滴液漏鬥、氮氣進出口的250mL的燒瓶中，加入 6g丙烯醯胺、0.5g十六烷基三甲基溴化銨，加入少量水攪拌溶解，放入冰水混合物中， 通氮除氧，再加入丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨60mL，攪拌均勻，用HCl調節至pH二5;b、 加入丙烯酸丁酯1.2g，加水70mL，繼續通氮攪拌25min;c、 分別加入質量百分濃度1%亞硫酸氫鈉、過硫酸鉀、尿素水溶液各5. 8mL，質量 百分濃度1%偶氮二異丁腈3. 2mL，通氮狀況下迅速攪拌後密封；d、 -16"C的溫度下冷凍至溶液完全結冰；e、在室溫30士2。C下待完全溶解後，再靜置3h即得無色膠狀絮凝劑。 步驟a、 b、 c的溫度控制在3'C。用黏度法測試產品的特性黏度為473mL/g，陽離子摩爾分數74.8%，對藻類汙水的除濁率達93. 1%， COD去除率88. 2%，對高嶺土模擬高濁水的除濁率達80. 5%。 實施例4:a、 在裝有攪拌器、溫度計、加料滴液漏鬥、氮氣進出口的250mL的燒瓶中，加入 6g丙烯醯胺、0.5g十六烷基三甲基溴化銨，加入少量水攪拌溶解，放入冰水混合物中， 通氮除氧，再加入丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨60mL，攪拌均勻，用HCl調節至pH二6;b、 加入丙烯酸丁酯0.6g，加水70mL，繼續通氮攪拌25min;c、 加入質量百分濃度1%亞硫酸氫鈉、過硫酸鉀、尿素水溶液各5.5mL，質量百分 濃度1%的偶氮二異丁腈3. OmL，通氮狀況下迅速攪拌後密封；d、 -15"C的溫度下冷凍至溶液完全結冰；e、在室溫30士2t:下待完全溶解後，再靜置2.5h得無色膠狀絮凝劑。 步驟a、 b、 c的溫度控制在(TC。用黏度法測試產品的特性黏度為471mL/g，陽離子摩爾分數74. 1%，對藻類汙水的 除濁率達92. 8%， COD去除率80. 2%，對高嶺土模擬高濁水的除濁率達79. 3%。實施例5:a、 在裝有攪拌器、溫度計、加料滴液漏鬥、氮氣進出口的1000niL的燒瓶中，加入 ^g丙烯醯胺、2.0g十六垸基三甲基溴化銨，加入少量水溶解，放入冰水混合物中，通 氮除氧，再加入丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨240mL，攪拌均勻，用HCl調節至pH二5;b、 加入丙烯酸丁酯2.4g,加水280mL，繼續通氮攪拌15min;c、 分別加入質量百分濃度1%亞硫酸氫鈉、過硫酸鉀各22. OmL，質量百分濃度1% 的偶氮二異丁腈12. OmL，通氮狀況下迅速攪拌後密封；d、 -14t:的溫度下冷凍至溶液完全結冰；e、在室溫30士2。C下待完全溶解後，再靜置2h得無色膠狀絮凝劑。步驟a、 b、 c的溫度控制在rc。用黏度法測試產品的特性黏度為514mL/g，陽離子摩爾分數72.3%，對藻類汙水的 除濁率達95. 7%， COD去除率93. 2%，對高嶺土模擬高濁水的除濁率達79. 6%。實施例6:a、在裝有攪拌器、溫度計、加料滴液漏鬥、氮氣進出口的1000mL的燒瓶中，加入 60g丙烯醯胺、l.Og十六烷基三甲基溴化銨，加入少量水攪拌溶解，放入冰水混合物中， 通氮除氧，再加入46mL丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨，用HCl調節至pH二4;b、 丙烯酸丁酯6g，加水180mL，繼續通氮攪拌15min後；c、 分別加入質量百分濃度1%亞硫酸氫鈉、過硫酸鉀、尿素水溶液各10. OmL，質量 百分濃度1%偶氮二異丁腈6. OmL，通氮狀況下迅速攪拌後密封；d、 -121:的溫度下冷凍直至溶液完全結冰；e、在室溫30土2'C下待完全溶解後，再靜置2h得無色膠狀絮凝劑。步驟a、 b、 c的溫度控制在rc。用黏度法測試產品的特性黏度為905mL/g，陽離子摩爾分數34. 3%，對藻類汙水的 除濁率達84.6%， COD去除率83.4%,對高嶺土模擬高濁水的除濁率達92. 0%。
權利要求
1、一種疏水改性陽離子絮凝劑的製備方法，該製備方法包括如下步驟a、將丙烯醯胺、丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨及陽離子表面活性劑用少量水溶解，同時通氮除氧；b、加入丙烯酸丁酯及一定量的水，配成總質量濃度為20～40％的溶液，再通氮除氧；c、加入引發劑，密封；d、在-18～-12℃下冷卻，直至溶液完全凍結；e、在30～35℃下待完全溶解後，再靜置2-4h即得；其中丙烯醯胺、丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨和丙烯酸丁酯三種單體的摩爾比為4∶1～3∶0.2～0.3，步驟a、b、c均在可攪拌的情況下、且溫度控制在0～3℃之間進行。
2、 根據權利要求1所述的一種疏水改性陽離子絮凝劑的製備方法，其特徵是在步 驟b中，調節pH為4 6。
3、 根據權利要求1所述的一種疏水改性陽離子絮凝劑的製備方法，其特徵是所述 的陽離子表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨。
4、 根據權利要求1所述的一種疏水改性陽離子絮凝劑的製備方法，其特徵是所述 的引發劑用量為單體總質量的0. 1 0. 2%。
5、 根據權利要求4所述的一種疏水改性陽離子絮凝劑的製備方法，其特徵是所述的引發劑為氧化還原引發劑，由亞硫酸氫鈉、過硫酸鉀和尿素按質量比l: 1: l組成。
6、 根據權利要求5所述的一種疏水改性陽離子絮凝劑的製備方法，其特徵是所述 的引發劑還含有偶氮引發劑偶氮二異丁腈，偶氮引發劑與氧化還原引發劑的質量比為1: 1.5 2.5。
全文摘要
一種疏水改性陽離子絮凝劑的製備方法，該製備方法包括如下步驟a.將丙烯醯胺、丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨及陽離子表面活性劑用少量水溶解，同時通氮除氧；b.加入丙烯酸丁酯及一定量的水，配成總質量濃度為20～40％的溶液，再通氮除氧；c.加入引發劑，密封；d.在-18～-12℃下冷卻，直至溶液完全凍結；e.在30～35℃下，待完全溶解後，再靜置2-4h即得；其中丙烯醯胺、丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨和丙烯酸丁酯三種單體的摩爾比為4∶1～3∶0.2～0.3，步驟a、b、c均在可攪拌的情況下、且溫度控制在0～3℃之間進行。該絮凝劑用於含有較多陰離子汙物的水體處理時，具有單位體積用量小、處理效果好的優點。
文檔編號C02F1/52GK101269866SQ20081002773
公開日2008年9月24日 申請日期2008年4月23日 優先權日2008年4月23日
發明者志 梁, 王春曉, 利 董 申請人:茂名職業技術學院