分離工藝的製作方法

2023-07-07 12:27:11 1

專利名稱：分離工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及分離工藝中用作絮凝劑的改性聚電解質、製備該改性聚電解質的工藝、含有該改性聚電解質的絮凝劑組合物、以及使用本發明改性聚電解質和改性聚電解質組合物的分離方法。
本發明改性聚電解質比現有聚電解質效能更佳，它們可以低濃度達到同現有聚電解質同樣的絮凝效果，並可保持較高百分比的超級純度。
人們在1951年將水溶性合成聚合物推廣到採礦工業中，這象徵在使用化學試劑進行固-液分離方面有較大進展。它們是為滿足多方面需要，例如(城市及工業用)水的澄清、城市汙水和工業廢水(食品加工、石油煉製、金屬精飾、製漿造紙等)的處理、礦物加工(選礦、循環水澄清、廢水處理)，以及生產過程(造紙、糖的精製、磷酸的製備等)而製取的第一批品種繁多的絮凝劑。
雖然有著為數眾多的市售合成絮凝劑，但化學結構種類大不相同者卻為數有限。在市場上，絮凝劑的挑選次序取決於最佳的價格-效能比，也即以最低的價格獲得滿意的效能。儘管系統觀點佔主導地位(包括絮凝劑可得性、再生性、操作性、貯藏、在滿足排放標準情況下對處理設備給料波動的適應能力、固定設備及必要的改性等)，然而每單位重量各個絮凝劑的交貨費用也算作一個因素。因此，作為商業上重要的合成聚合物絮凝劑的主要結構單元的單體是比較少的，它應適於加到水溶性聚合物中並以低成本在足夠大規模上生產。
實用的合成有機絮凝劑是重均分子量在約1000至大於5百萬(文獻報導的值高達2千萬)範圍內變化的水溶性聚合物。
用作絮凝劑的聚電解質包括從許多單體製取的聚合物及共聚物，這些單體包括馬來酐、馬來酸、丙烯酸、丙烯醯胺、丙烯腈、甲基丙烯酸、乙烯基磺酸、對苯乙烯磺酸、苯乙烯、乙烯基·甲基醚、偏磷酸、乙烯胺、吖丙啶、乙烯吡啶及4-乙烯基-N-十二烷基吡啶氯。
本發明第一實施方案提供一種改性聚電解質，其特徵在於，使一種聚電解質與一種至少由兩種烯不飽和單體所組成的共聚物反應，該單體中至少有一個含有酐基團。
本發明第二實施例方案提供一種製備改性聚電解質的工藝，該工藝包括使一種聚電解質與一種至少由兩種烯不飽和單體所組成的共聚物反應，該單體中至少有一個含酐基團。
適用於本發明的已知聚電解質種類繁多、變化多端。至今還未發現不適用的市售或實驗室合成的聚電解質。這些聚電解質的常用商品名稱包括SANYOFLOC、ALFLOC、SUPERFLOC、MACROFLOC、MAXFLOC和ZETAG。
其它同上述聚電解質有相同或相似用途的物質也可使用。
一般而言，可按本發明予以改性的聚電解質的分子量在2×104至1×108，尤其1×105至7×106道爾頓範圍。優選的與聚電解質反應的共聚物的分子量在1×104至1×106道爾頓範圍。
尤為較佳的是，使已知聚電解質絮凝劑與一種甲基·乙烯基醚和馬來酐的共聚物反應。
本發明第三實施方案提供另一種再改性的聚電解質，其特徵在於，將本發明第一實施方案的改性聚合物進而與乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯吡咯烷酮反應，隨後再與該共聚物反應予以改性。
本發明第四實施方案提供一種製備再改性聚電解質的工藝，該工藝包括以降低溫度、將反應混合物用乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯吡咯烷酮分散，並令反應繼續進行來結束本發明第二實施方案的工藝。
本發明第五實施方案提供一種絮凝組合物，該組合物含有同常規絮凝組合物中的常用載體和稀釋劑相結合的本發明改性聚電解質或再改性聚電解質。
本發明第六實施方案提供一種絮凝方法，該方法包括向待絮凝的物料中添加本發明改性聚電解質、再改性聚電解質和/或絮凝組合物。
可有效地用於本發明的聚合物的量為0至200%，最佳10%(以聚電解質固體計)。
一般，反應是使聚電解質和共聚物簡單混合或均勻化來進行。反應時間和反應溫度視聚電解質和共聚物的性質而定，但一般情況下，反應可在0℃至120℃溫度下進行5分鐘至4小時。較佳的是，選擇聚電解質和共聚物使反應可在40℃至80℃溫度下至多進行50分鐘。反應以在溶液中進行為佳。
為了使聚電解質進一步改性，先使反應停下來，較佳的辦法是將溫度降至30℃以下，然後添加乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯吡咯烷酮，拌合或攪拌混合物使乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯吡咯烷酮分散，並再次加熱該混合物使反應重新開始。
乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯吡咯烷酮與共聚物的比例以在1∶1至1∶10(重量)範圍內為佳，以1∶5(重量)尤佳。
下列實施例闡明了本發明的較佳實施方案，而且不應將其視為對本發明範圍的限制。
實施例1使11種聚電解質與各種甲基·乙烯基醚/馬來酐共聚物反應。原料聚合物的種類列於表1。
表1樣品 類型 大約分子量(道爾頓)0 聚丙烯醯胺 5×1061 丙烯酸鈉與丙烯醯胺的共聚物 6×1062 丙烯酸鈉與丙烯醯胺的共聚物 6×1063 丙烯酸鈉與丙烯醯胺的共聚物 6×1064 丙烯酸鈉與丙烯醯胺的共聚物 6×1065 丙烯酸鈉與丙烯醯胺的共聚物 5×1066 丙烯酸鈉與丙烯醯胺的共聚物 1×1067 丙烯醯胺、丙烯酸鈉與馬來酐的三元共聚物 1×1058 丙烯醯胺、丙烯酸鈉及丁吡的三元共聚物 1×1069 丙烯酸鈉與丙烯醯胺的共聚物 5×10610 聚丙烯酸鈉 1×106注由表可見，樣品0至10由非離子型變到100%陰離子型。
表1中的聚合物同具有下列分子量的聚甲基乙烯基醚/馬來酐共聚物反應20，000、67，000及80，000。
所有反應均通過將聚甲基·乙烯基醚/馬來酐共聚物分散在成品原料聚合物中來進行。然後，將該混合物置於80℃水浴中，並使反應進行不超過40分鐘。反應終點可以原料聚合物中的可見性物理變化來確定。
聚(甲基·乙烯基醚/馬來酐)的量在固體原料聚電解質0至100%之間變動。
所得結果表明，聚(甲基·乙烯基醚/馬來醯胺)的分子量為67，000道爾頓的聚合物固體以聚電解質固體計在10%時效率(以最低量用料獲得最大效能來確定)最大。
實施例2以上述百分比和分子量為基礎。原料聚合物的編號參見表1。
實施例2實施例1中製備的各聚合物的效率可用與將之衍生來的各聚電解質進行比較來評定。在所有情況下，新物質的效能均優於將之衍生出來的各種聚電解質。借選擇一種對被分離物質具有正確電荷密度的聚電解度，並將其同含有相同原料聚電解質並具有相同或相似電荷密度的改性聚電解質進行比較，可使在各礦場進行的比較得到順利完成。
雖然這些實施例是以煤的絮凝為基礎的，但在使用聚電解質技術的任何場合都可得到相同和/或相似的好處。
下列結果是在下列洗煤場實驗室規模的現場試驗中得到的1、Mount Thorley洗煤場[R.W.Miller]2、West Cliff洗煤場[Kembla Coal Coke]3、Hunter Valley第一洗煤場[Coal Allied]
1、Mount Thorley洗煤場A、原料聚合物 No6＊沉降速度 8.2m/h澄清度 好B、新聚合物 No.6R＊沉降速度 18.0m/h澄清度 好2、West Cliff洗煤場A、原料聚合物 No.2＊No.3＊沉降速度 1.0m/h 0.8m/h澄清度 好 好B、新聚合物 No.2R＊No.3R＊沉降速度 1.25m/h 1.4m/h澄清度 很好 很好3、Hunter Valley第一洗煤場A、原料聚合物 No.4 No.5 No.6沉降速度 4.3m/h 8.3m/h 6.1m/h澄清度 很差 很差 很差B、原料聚合物 No.4R No.5R*No.6R沉降速度 9.9m/h 20m/h 20m/h澄清度 差 差 差＊表示原料聚合物上的正確電荷密度m/h 米/小時R原料聚合物已進行過第二次反應實施例3製備具有下列特性的膠乳聚合物有機固體物 32.0%丙烯醯胺甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯 60.40PH(1%) 6.0公稱分子量 2×106先將該聚合物冷卻至30℃以下，然後使之再與分子量為80，000(道爾頓)的1.5%(重量)聚(甲基·乙烯基醚/馬來酐)反應。反應借將粉末分散於膠乳中，並在50℃水浴中放置50分鐘來進行。冷卻後將絮凝膠乳封裝。
下列結果是在下列洗煤場的實驗室規模的現場試驗中得到的。
Ⅰ、Mount Thorley洗煤場[R.W.Miller]Hunter Valley CPP洗煤場[CoalAllied]Ⅱ、Ravensworth Colliery洗煤場[Elcom]Ⅲ、West Cliff洗煤場[Kembla Coal Coke]Ⅳ、Hunter Valley CPP洗煤場[Coal Allied]Ⅰ、Mount Thorley洗煤場A、原料聚合物沉降速度 8.2m/h澄清度 好B、新聚合物沉降速度 29m/h澄清度 很好
ⅠHunter Valley CPP洗煤場A、原料聚合物沉降速度 6.1m/h澄清度 很差B、新聚合物沉降速度 18.4m/h澄清度 差Ⅱ、Ravensworth洗煤場A、原料聚合物劑量 5ppm沉降速度 4.0m/h澄清度 在400nm65%B、新聚合物劑量 5ppm沉降速度 12.8m/h澄清度 在400nm90%Ⅲ、West Cliff洗煤場A、原料聚合物沉降速度 0.8m/h澄清度 好B、新聚合物沉降速度 2.9m/h澄清度 很好Ⅳ、Hunter Valley CPP洗煤場
A、原料聚合物沉降速度 8.3m/h澄清度 很差B、新聚合物沉降速度 27.1m/h澄清度 好上面所述最後一個結果是用汙水處理廠所得未經處理過的汙水淤渣進行試驗得到的。
A、原料聚合物 劑量 240ppm沉降速度 2.6m/h抗剪強度 合格B、新聚合物 劑量 240ppm沉降速度 4.7m/h抗剪強度 合格m/h 米/小時實施例4將具有下列特徵的溶液聚合物進行蒸煮有機聚合物固體 6%丙烯醯胺∶丙烯酸 60∶100PH(淨相) 8.0公稱分子量 6×106使該聚合物與0.5%分子量為67000道爾頓(ex GAF)的聚合物(甲基·乙烯基醚/馬來酐)反應。反應借將粉末分散於溶液中並在60℃水浴中放置4小時來進行。將所得反應混合物冷卻至30℃以下，並將1.0%聚乙烯基吡咯烷酮分散於該混合物中。再將混合物在水浴中放置2小時。冷卻後將絮凝劑溶液封裝。
實施例5製備具有下列特性的膠乳聚合物有機固體 28.5%丙烯醯胺∶丙烯酸 34∶23PH(1%) 8.0公稱分子量 12×106將該聚合物冷卻至30℃以下，然後再與2.5%(重量)分子量為67，000(道爾頓)、分散在二倍於其重量的芳香溶劑中的聚(甲基·乙烯基醚/馬來酐)進行反應。將該混合物冷卻至30℃以下，並將0.5%聚乙烯基吡咯烷酮分散於該混合物中。將該混合物再次在水浴中放置30分鐘。冷卻後將絮凝劑膠乳封裝。
實施例6製備具有下列特性的溶液聚合物有機聚合物固體 6%丙烯醯胺∶丙烯酸 7∶1PH(淨相) 8.0公稱分子量 5×106使該聚合物與0.5%分子量為80，000道爾頓的聚(甲基·乙烯基醚/馬來酐)反應。反應經粉末分散於溶液中，並在60℃水浴中放置4小時來進行。將所得混合物冷卻至30℃以下，並將0.1%聚乙烯基吡咯烷酮分散於該混合物中。將混合物再次在水浴中放置2小時。冷卻後將絮凝劑溶液封裝。
實施例7製備具有下列特性的溶液聚合物有機固體 6%丙烯醯胺∶丙烯酸 50∶50PH(淨相) 8.0使該原料聚合物與0.5%(重量)分子量為67，000道爾頓的聚(甲基·乙烯基醚/馬來酐)反應。反應經將粉末分散於溶液中，並在放於60℃水浴中的密封容器中放置4小時來進行。將所得混合物冷卻至30℃以下，並將0.1%聚乙烯基吡啶烷酮分散於該混合物中。將混合物再次在水浴中放置2小時。冷卻後將絮凝劑溶液封裝。
實施例8製備具有下列特性的溶液聚合物有機固體(丙烯酸) 6%PH(淨相) 8.0使該原料聚合物與0.5%分子量為67，000道爾頓的聚(甲基·乙烯基醚/馬來酐)反應。反應經將粉末分散於溶液中，並將之在放於60℃水浴中的密封容器中放置4小時來進行。將反應混合物冷卻至30℃以下，並將0.1%聚乙烯基吡咯烷酮分散於該混合物中。將混合物再次在水浴中放置2小時。冷卻後將絮凝劑溶液封裝。
由實驗數據可見，這些化合物不僅是成本效率更高的基本組分(使反應在具有理想電荷密度的化合物上進行，以便與被分離物相一致時)，而且還可在保持效能的同時允許更大的電荷密度值。這在整個採礦過程中電荷密度需要經常(且有時驚人地)變化[例如，礦體中的變化、同一煤層中的變化、或不同煤層間的變化、影響汙水處理的水土條件的變化。還有許多其它例子可以列舉]的採礦工業尤其重要。
本發明提供了改性聚電解質，該改性聚電解質可用作絮凝劑，還可應用於水處理、煉油、金屬精飾、食品加工、造紙、礦物加工及製造工藝等不同領域的分離工藝中。
權利要求
1.一種製備再改性聚電解質的工藝，該工藝包括，聚電解質與一種至少由兩種烯屬不飽和單體組成的共聚物反應，所說單體至少一種含有酐基團，經降低溫度終止所述工藝、用乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯基吡咯烷酮分散該反應混合物，並令反應繼續進行。
2.權利要求1所述的工藝，其中將溫度降至30℃以下，拌合或攪拌混合物以分散乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯基吡咯烷酮，並再次加熱混合物以使反應重新開始。
3.權利要求1至2所述的工藝，其中乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯基吡咯烷酮與共聚物的重量比在1∶1至1∶10範圍內。
4.權利要求3所述的工藝，其中乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯基吡咯烷酮與共聚物的重量比為1∶5。
5.一種絮凝組合物，其中包括一種聚電解質與至少由兩種烯屬不飽和單體組成的共聚物反應而得的改性聚電解質，所說單體中至少一種含有酐基團，或一種所說改性聚電解質與乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯基吡咯烷酮反應，接著，與共聚物反應而得的再改性聚電解質，和常規絮凝組合物中常用的載體和稀釋劑。
6.一種絮凝方法，該方法包括向待絮凝物料中添加一種聚電解質與至少由兩種烯屬不飽和單體組成的共聚物反應而得的改性聚電解質，據說單體中至少一種含有酐基團，一種由所說改性聚電解質與乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯基吡咯烷酮反應，接著，與共聚物反應而得的再改性聚電解質和/或權利要求5中限定的絮凝組合物。
全文摘要
本發明涉及分離工藝中可用作絮凝劑的改性聚電解質、製備該改性聚電解質的工藝、含有改性聚電解質的絮凝組合物、以及使用本發明改性聚電解質和改性聚電解質組合物的分離方法。
文檔編號C02F1/54GK1112906SQ9510057
公開日1995年12月6日 申請日期1995年3月17日 優先權日1988年12月5日
發明者馬克·雷·沃森 申請人:馬克·雷·沃森