一種新型兩性離子高分子汙泥脫水劑及其製備方法
2023-05-08 12:37:11 1
專利名稱：一種新型兩性離子高分子汙泥脫水劑及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種新型兩性離子高分子汙泥脫水劑及其製備方法。
背景技術：
目前，汙泥脫水劑通常分為兩類，一類是無機藥劑，主要包括鐵鹽、鋁鹽，另一類是有機高分子藥劑，有陽離子型、陰離子型和非離子型。隨著汙水、汙泥處理所產生汙泥量的增加以及汙泥特性變差，陽離子聚合物絮凝劑對富含有機物的生產、生活廢水的處理，存在脫水濾餅含水率高、絮體強度弱(SS回收率低)、脫水汙泥泥餅的剝離性能不佳等問題，難以獲得充分的脫水效果。
為克服上述陽離子聚合物絮凝劑的缺陷，已有人提出了解決辦法日特開昭58-215454號專利公開了一種陽離子高分子絮凝劑和陰離子高分子絮凝劑共同使用的方法，但上述方法在各成分混合比例、投加操作上十分繁瑣；特開昭53-149292號公報公開了包含季銨基的兩性高分子脫水劑，該方法所得汙泥泥餅含水率高，濾布剝離性不佳；特開昭62-205112號公報公開了叔銨基的兩性高分子脫水劑，但叔銨基在高pH值範圍不解離，該方法對於具有高pH值的汙泥，其性能顯著下降；特開平3-18900號公報公開了同時具有叔銨基和季銨基的兩性高分子脫水劑，改進了上述專利的欠缺，但是其在投加量及汙泥泥餅含水率方面仍然不能令人滿意。
國內發明專利97123344.6公開了一種兩性聚丙烯醯胺絮凝劑及其製備方法，該方法製備的膠體回彈性差，難於造粒成型，不適宜於粉狀產品製備；99111315.2公開了採用「前加鹼共聚，後水解聚合工藝」合成了超高分子量的兩性離子聚合物的製備方法，但在汙泥脫水應用中，偏陽離子性的共聚物脫水性能優越，而偏陽離子性的共聚物宜在偏酸性的條件下引發聚合。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術混合操作繁瑣、汙泥脫水效果差、pH值範圍不寬的缺點，提供一種偏陽離子性的應用於汙水汙泥處理方面的新型兩性離子高分子汙泥脫水劑的製備方法。
本發明的目的還在於提供上述製備方法合成的新型兩性離子高分子汙泥脫水劑。
本發明的新型兩性離子高分子汙泥脫水劑的製備方法，其特徵在於聚合反應的機理為自由基水溶液三元共聚合其聚合反應的機理為自由基水溶液三元共聚合，採用氧化還原引發劑和偶氮引發劑複合引發，包括如下步驟(1)以質量百分比計，用去離子水分別將非離子單體、陰離子單體和陽離子單體配成濃度為10％～40％質量的水溶液，先將陽離子單體水溶液和部分非離子單體水溶液加入反應釜中，通氮；配製的單體溶液中，非離子單體佔單體總質量的40％～85％，陰離子單體佔單體總質量的7.5％～30％，陽離子單體佔單體總質量的7.5％～30％。
(2)步驟(1)製得的溶液中分別加入均相當於單體總質量0.1％～1％的過硫酸鹽類引發劑、亞硫酸鹽類還原劑和偶氮引發劑，再加入相當於單體總質量0.1％～1％的EDTA-2Na，控制反應溫度為5℃～50℃，促發鏈引發和鏈增長反應；(3)步驟(2)的反應溶液中加入步驟(1)得到的pH值調節為2～6的陰離子單體水溶液和剩餘的非離子單體水溶液，反應3～10小時，出料，得到膠體乾燥、粉碎、造粒即得兩性離子高分子汙泥脫水劑；步驟(1)配製的單體溶液中，非離子單體佔單體總質量的40％～85％，陰離子單體佔單體總質量的7.5％～30％，陽離子單體佔單體總質量的7.5％～30％。
步驟(1)所述非離子單體優選是丙烯醯胺或甲基丙烯醯胺；陰離子單體是2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸、2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸鈉、丙烯酸或丙烯酸鈉；陽離子單體是丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨、二甲基二烯丙基三甲基氯化銨或三甲胺基丙烯酸甲酯氯化銨。
步驟(2)中所述的過硫酸鹽類引發劑優選是過硫酸銨、過硫酸鈉或過硫酸鉀，亞硫酸鹽類還原劑是亞硫酸氫鈉或亞硫酸鈉，偶氮引發劑是偶氮雙異丁脒鹽酸鹽或偶氮雙甲基咪唑啉丙烷鹽酸鹽。
新型兩性離子高分子汙泥脫水劑的製備方法，聚合反應的pH值為偏酸性條件下進行，該高分子鏈是偏陽離子性的。當pH＞7時，單體分子或聚合物會發生水解，形成含有羧基的聚合物。要想得到偏陽離子性的共聚物宜在偏酸性的條件下，因此選pH值偏酸性範圍內引發聚合反應。
新型兩性離子高分子汙泥脫水劑的製備方法，聚合反應分步驟「先加入陽離子單體，再加入陰離子單體」。為了得到組成均勻的共聚物，按組成要求設計投料比，先加入部分非離子單體和陽離子單體，反應過程中再補充非離子單體以及加入陰離子單體，以保證配比基本保持相對恆定。
本發明與現有技術相比具有如下優點(1)、本發明的製備方法採取「先加入陽離子單體，再加入陰離子單體」，使共聚物的分子結構組成較均勻。
(2)、本發明的製備方法採取在偏酸性的條件下引發聚合，製得偏陽離子性的兩性離子高分子汙泥脫水劑。
(3)、本發明的提供的兩性離子高分子汙泥脫水劑用於汙泥處理，具有用量小，pH適用範圍寬，絮體粗大，處理後汙泥含水率低等優點。
具體實施例方式
以下結合具體實施例來對本發明作進一步說明。
實施例1一(1)用去離子水分別將1.6千克丙烯醯胺(工業精製純粉劑)配成16千克水溶液，0.15千克2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸(工業精製純粉劑)配成1.5千克水溶液，0.32千克丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨(濃度為80％的工業精製溶液)配成2.5千克水溶液。先將2.5千克丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨水溶液和8千克丙烯醯胺水溶液加入帶有攪拌器和加熱夾套的搪瓷反應器中，開動攪拌，通氮；(2)向反應釜的溶液中分別加入0.008千克過硫酸銨，0.002千克亞硫酸氫鈉，0.014千克偶氮雙異丁脒鹽酸鹽，再加入0.02千克的EDTA-2Na，控制反應溫度為25℃，促發鏈引發和鏈增長反應；(3)向釜內反應溶液中加入經鹽酸和氫氧化鈉調節pH值為2的1.5千克2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸水溶液和8千克丙烯醯胺水溶液，反應5小時，出料，得到膠體乾燥、粉碎、造粒即得兩性離子高分子汙泥脫水劑。
實施例2二(1)用去離子水分別將1.6千克甲基丙烯醯胺(工業精製純粉劑)配成8千克水溶液，1.2千克2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸鈉(工業精製純粉劑)配成6千克水溶液，1.5千克甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨(濃度為80％的工業精製溶液)配成6千克水溶液。先將6千克甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨水溶液和3千克甲基丙烯醯胺水溶液加入帶有攪拌器和加熱夾套的搪瓷反應器中，開動攪拌，通氮；(2)向反應釜的溶液中分別加入0.016千克過硫酸鈉，0.004千克亞硫酸鈉，0.028千克偶氮雙甲基咪唑啉丙烷鹽酸鹽，再加入0.04千克的EDTA-2Na，控制反應溫度為5℃，促發鏈引發和鏈增長反應；(3)向釜內反應溶液中加入經鹽酸和氫氧化鈉調節pH值為4的6千克2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸鈉水溶液和5千克甲基丙烯醯胺水溶液，反應10小時，出料，得到膠體乾燥、粉碎、造粒即得兩性離子高分子汙泥脫水劑。
實施例3三(1)用去離子水分別將3.6千克丙烯醯胺(工業精製純粉劑)配成12千克水溶液，1.02千克丙烯酸(工業精製純溶液)配成3.4千克水溶液，2.3千克二甲基二烯丙基三甲基氯化銨(濃度為60％的工業精製溶液)配成4.6千克水溶液。先將4.6千克二甲基二烯丙基三甲基氯化銨水溶液和8千克丙烯醯胺水溶液加入帶有攪拌器和加熱夾套的搪瓷反應器中，開動攪拌，通氮；
(2)向反應釜的溶液中分別加入0.024千克過硫酸鉀，0.006千克亞硫酸氫鈉，0.042千克偶氮雙異丁脒鹽酸鹽，再加入0.06千克的EDTA-2Na，控制反應溫度為50℃，促發鏈引發和鏈增長反應；(3)向釜內反應溶液中加入經鹽酸和氫氧化鈉調節pH值為6的3.4千克丙烯酸水溶液和4千克丙烯醯胺水溶液，反應3小時，出料，得到膠體乾燥、粉碎、造粒即得兩性離子高分子汙泥脫水劑。
實施例4四(1)用去離子水分別將6.8千克甲基丙烯醯胺(工業精製純粉劑)配成17千克水溶液，0.6千克丙烯酸鈉(工業精製純溶液)配成1.5千克水溶液，0.75千克三甲胺基丙烯酸甲酯氯化銨(濃度為80％的工業精製溶液)配成1.5千克水溶液。先將1.5千克三甲胺基丙烯酸甲酯氯化銨水溶液和17千克甲基丙烯醯胺水溶液加入帶有攪拌器和加熱夾套的搪瓷反應器中，開動攪拌，通氮；(2)向反應釜的溶液中分別加入0.032千克過硫酸銨，0.008千克亞硫酸鈉，0.056千克偶氮雙甲基咪唑啉丙烷鹽酸鹽，再加入0.08千克的EDTA-2Na，控制反應溫度為35℃，促發鏈引發和鏈增長反應；(3)向釜內反應溶液中加入經鹽酸和氫氧化鈉調節pH值為3的1.5千克丙烯酸鈉水溶液，反應8小時，出料，得到膠體乾燥、粉碎、造粒即得兩性離子高分子汙泥脫水劑。
將實施例1一製得的兩性離子高分子汙泥脫水劑應用於某城市生活汙水處理廠待脫水汙泥(含水率97～98％，pH值6.8)，結果表明用兩性離子高分子汙泥脫水劑，當投藥量為40mg/L時，汙泥比阻從28.4×1012m/kg下降到7.8×1012m/kg，含水率下降到77.2％；同樣條件下，某市售CPAM處理後汙泥比阻16.1×1012m/kg，含水率79.7％。將該汙泥pH值調至8.5時，本專利兩性離子高分子汙泥脫水劑處理後汙泥比阻13.2×1012m/kg，含水率79.5％；某市售CPAM處理後汙泥比阻23.5×1012m/kg，含水率84.6％；pH值調至9.5時，本專利兩性離子高分子汙泥脫水劑處理後汙泥比阻18.2×1012m/kg，含水率81.5％；某市售CPAM處理後汙泥比阻35.5×1012m/kg，含水率87.6％.
權利要求
1.一種兩性離子高分子汙泥脫水劑的製備方法，其特徵在於聚合反應的機理為通過自由基水溶液三元共聚合，採用氧化還原引發劑和偶氮引發劑複合引發製得，包括如下步驟(1)以質量百分比計，用去離子水分別將非離子單體、陰離子單體和陽離子單體配成濃度為10％～40％質量的水溶液，先將陽離子單體水溶液和部分非離子單體水溶液加入反應釜中，通氮；配製的單體溶液中，非離子單體佔單體總質量的40％～85％，陰離子單體佔單體總質量的7.5％～30％，陽離子單體佔單體總質量的7.5％～30％。(2)步驟(1)製得的溶液中分別加入均相當於單體總質量0.1％～1％的過硫酸鹽類引發劑、亞硫酸鹽類還原劑和偶氮引發劑，再加入相當於單體總質量0.1％～1％的EDTA-2Na，控制反應溫度為5℃～50℃，促發鏈引發和鏈增長反應；(3)步驟(2)的反應溶液中加入步驟(1)得到的pH值調節為2～6的陰離子單體水溶液和剩餘的非離子單體水溶液，反應3～10小時，出料，得到膠體乾燥、粉碎、造粒即得兩性離子高分子汙泥脫水劑；步驟(1)配製的單體溶液中，非離子單體佔單體總質量的40％～85％，陰離子單體佔單體總質量的7.5％～30％，陽離子單體佔單體總質量的7.5％～30％。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述非離子單體是丙烯醯胺或甲基丙烯醯胺；陰離子單體是2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸、2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸鈉、丙烯酸或丙烯酸鈉；陽離子單體是丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨、二甲基二烯丙基三甲基氯化銨或三甲胺基丙烯酸甲酯氯化銨。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於步驟(2)中所述的過硫酸鹽類引發劑是過硫酸銨、過硫酸鈉或過硫酸鉀，亞硫酸鹽類還原劑是亞硫酸氫鈉或亞硫酸鈉，偶氮引發劑是偶氮雙異丁脒鹽酸鹽或偶氮雙甲基咪唑啉丙烷鹽酸鹽。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於步驟(3)中採用鹽酸或氫氧化鈉調節pH值。
5.權利要求1-4之一所述方法製備的兩性離子高分子汙泥脫水劑。
全文摘要
本發明公開了一種新型兩性離子高分子汙泥脫水劑及其製備方法。採用非離子單體、陰離子單體和陽離子單體自由基水溶液三元共聚合，在pH值偏酸性的條件下，以水溶性的氧化還原引發劑和偶氮引發劑複合引發，分步驟「先加入陽離子單體，再加入陰離子單體」，合成了偏陽離子性的兩性離子高分子汙泥脫水劑。該汙泥脫水劑用於汙泥處理，具有用量小，pH值適用範圍寬，絮體粗大，處理後汙泥含水率低等優點。
文檔編號C02F11/14GK1994943SQ200610123899
公開日2007年7月11日 申請日期2006年11月30日 優先權日2006年11月30日
發明者胡勇有, 黃志華, 程建華 申請人:華南理工大學