CN101538343A - 一种液体有机高分子絮凝剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种液体有机高分子絮凝剂及其制备方法，将丙烯酸二甲氨基乙酯在蒸馏水中溶解，按1∶5～5∶1摩尔比加季胺盐；20～40℃下搅拌3小时，1小时内升温至90℃，通氮气，加丙烯酰胺单体、乳化油和引发剂，丙烯酰胺单体与丙烯酸二甲氨基乙酯的摩尔比1∶8～8∶1，在温度95～105℃下连续搅拌2小时；反应结束后在1小时内降温到80℃，保持温度在80～70℃搅拌2小时；加有机油和表面活性剂混合液，升温至100℃，105～95℃条件下搅拌1小时和95～90℃条件下搅拌1小时后；继续搅拌在1小时，使反应釜内液体温度降至40℃，搅拌2小时。本发明具有含固量高、分子量大、电荷密度强、阳离子度高、溶解时间短的特点。

Description

一种液体有机高分子絮凝剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种有机高分子絮凝剂及其制备方法。特别是针对城市污水处理厂的污泥浓缩处理时的泥水快速分离，研发出来的一种高效阳离子型有机絮凝剂及其制备方法。

背景技术

污泥处理中的絮凝脱水技术，是指对污泥投加絮凝剂，对水中的以胶体或悬浮物状态存在的无机和有机类污染物，通过物理化学作用形成凝聚体与水分离出来。目前污泥脱水用絮凝剂主要是固体或胶体型阳性聚丙烯酰胺类产品。该类固体颗粒产品生产工艺复杂，容易受潮结块，溶解性差，造成絮凝效果差，药剂用量高；胶体产品有效含量普遍低，分子量低，对高浓度悬浮物的凝聚力弱。城市污水厂的污泥中悬浮物含量很高，水份多数与悬浮物以间隙水、结合水形式存在，想实现泥水分离，只有阳离子型有机絮凝剂可以使用。

近年来，有机高分子絮凝剂随着应用范围的推广，生产工艺和技术得到了的迅速的发展，在国内形成了一定规模的有机高分子絮凝剂产业。传统工艺曼尼斯反应生产出的有机高分子絮凝剂产品为胶体状，由于有效含量低，粘度很高，所以对运输、储存、使用都造成不便；且生产原料的甲醛、二甲胺还会影响操作人员的身体健康。其他新兴工艺，在原料、引发剂、聚合方式等方面进行了改进，更加注重环保性，也提高了乳液中的有效含量；但依然存在溶解较慢，易受温度影响的不足之处。

●山东滨州嘉源环保有限公司：高效多功能有机高分子絮凝剂JY-01

化学名称：聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)

PDMDAAC是一种新型高效无毒有机高分子净水剂，广泛用于地表水源饮用水、工业用水及污水和废水的处理。由于本品具有优异的水溶性和极高的阳离密度，作为一种新型强阳离子性季铵盐高分子净水剂，除具备常用高分子混凝剂的物有的强烈吸附、架桥能力外，还具有普通合成高分子不可比拟的强电中和作用，其较无机净水剂的絮凝效果高几十倍至几百倍，并大量减少了污泥量主要性能指标

外观：                    无色或黄色透明液体

固含量％：                  38

特性粘度ml/g：             80～140

阳离子度％                 60

溶解性：                   全溶

残余单体％≤：             9

●徐州中国矿业大学精细化学品厂：KHYC高浓液状阳离子型絮凝剂

该产品是中国首次采用丙烯酰胺与丙烯酸酯为单体、无机盐溶液为分散介质研制而成的季铵盐聚合物。由于产生的高分子物质是以微米粒级粒径、球形状悬浮在分散介质中，分子之间互不粘着，故有效浓度高、流动性好，能够迅速地稀释到使用浓度而不发生结块现象。该产品具有表观粘度低，流动性好，易溶解；适应性强，可在广泛的pH值范围内使用，不受其他盐类影响；无刺激性气味，不会产生二次污染的优异特性。应用：该系列产品可广泛用于各种固液分离过程以提高效率减少流失；如污水处理、污泥脱水、造纸、湿法冶炼及其他行业。该产品不含油剂和表面活性剂。

技术指标：

有效浓度        15％-30％

外观粘度        小于800厘泊

分子量          300-700万之间

阳离子密度      0.1-4.5mmol/g

●山东大学的科技成果：二甲基二烯丙基氯化铵系列聚合物

该产品是一种新型高效多功能有机高分子化合物。它具有较高的阳离子电荷密度，分子量可根据二甲基二烯乙基氯化铵的含量调节，具有较强的电中和能力和吸附架桥功能，与无机处理剂有较好的互溶性，是理想的废水处理剂和粘土稳定剂，也可用于造纸的干洗添加剂等。可广泛用作水处理剂，是高浓度有机废水、高浊水的理想药剂，也可用于饮用水的净化、污泥脱水、工业用水的防垢等。技术指标：

外观        无色或微黄色粘稠液体

阳离子度         15-30％

有效浓度         ≥10％

特性粘度         15-9.5

中国专利CN1336391A是一种阳离子型絮凝剂，采用无机铵盐、脂肪醛、二氰二胺为主要材料，经所聚反应而得到。该方法得到的絮凝剂分子量低，絮凝能力差等缺点。

中国专利CN1247838A，是一种阳离子型絮凝剂，采用丙烯酰胺、甲醛、二甲胺为主要材料，通过曼尼兹反应，得到的胺甲基聚丙烯酰胺胶体。该方法存在工艺过程繁琐，产品有效含量低的缺点。

发明内容

针对现有技术的不足，本产品提供一种高浓度液体阳离子型有机高分子絮凝剂的制备方法。此产品更加有效地实现泥水分离，净化水体，增加脱水后泥饼的含固率从而减少其体积，便于运输和二次利用。

本发明的提出是基于以下反应原理：

本发明所提供的液体有机高分子絮凝剂的制备方法，包括聚合、降温、反相破乳过程，具体步骤如下：

(1)聚合

将丙烯酸二甲氨基乙酯在PH为4～6的蒸馏水中溶解充分，加入季胺盐，季胺盐与丙烯酸二甲氨基乙酯的摩尔比1∶5～5∶1；通过循环冷却保持温度20～40℃，搅拌3小时反应完全，在1小时内升温至90℃，同时通入氮气排除氧的干扰，加入丙烯酰胺单体、乳化油和引发剂进行聚合反应，丙烯酰胺单体与丙烯酸二甲氨基乙酯的摩尔比为1∶8～8∶1，丙烯酰胺、季胺盐与丙烯酸二甲氨基乙酯的比例为总产量的20％～50％，乳化油添加量为0.1kg/L，引发剂添加量为0.01mol/L，保持温度95～105℃下连续搅拌2小时；

所述PH为4～6的蒸馏水的用量根据最终产品产量和指标要求而定，常规比例为产量的30％～60％。

(2)降温

反应结束后在1小时内迅速降温到80℃，再保持温度在80～70℃范围2小时的搅拌时间；

(3)反相破乳

先将所需乳化油和表面活性剂预先配置成混合溶液，加入到反应釜中同时升温至100℃，通过控温系统保证在105～95℃条件下搅拌1小时和95～90℃条件下搅拌1小时后；继续搅拌同时利用冷却循环系统在1小时内使反应釜内液体温度降至40℃，停止降温，搅拌2小时即可得到最终产物。

所述的季胺盐上选氯甲烷、烷基三甲基铵盐或二烷基二甲基铵盐中的1～3种。

所述的乳化油加入量为0.1kg/L，上选N-十二烷基二甲胺。

所述的引发剂加入量为0.01mol/L，上选偶氮二氰基戊酸钠。

表面活性剂为非离子型即可，加入量为总产量的3～7％。

按照上述的方法制得的液体有机高分子絮凝剂，其含固量50％±2％，分子量在800万～1500万之间，电荷密度在80％～90％，阳离子度60～85％，溶于水的时间为30分钟～45分钟左右。

上述的百分数均为质量百分数。

聚合过程及反相破乳过程这两步极为重要，稍有不慎，即告失败。同时也影响着产品的质量，关键的问题是要控制好温度和时间，掌握的好则给下一步的生产过程创造了一个良好的循环条件。

对比现有技术而言，本发明具有以下突出特点：

1、含固量更高：传统聚丙烯酰胺系列产品的含固量在2％～8％的范围内，而利用本发明所制得的产品的含固量可达到50％±2％，提高了近10倍；

2、分子量更大：传统聚丙烯酰胺系列产品的分子量在200万～800万之间，而利用本发明所制得的产品的分子量在800万～1500万之间，提高了3倍左右；

3、电荷密度增强：传统聚丙烯酰胺系列产品的电荷密度在50％～60％的范围内，而利用本发明所制得的产品的电荷密度在80％～90％的范围内，提高了近1倍；

4、阳离子度更高：传统聚丙烯酰胺系列产品的阳离子度在10～50％，而利用本发明所制得的产品的阳离子度可达到60～85％；

5、缩断了溶解时间：传统聚丙烯酰胺系列产品溶于水的时间为60分钟～90分钟左右，而利用本发明所制得的产品溶于水的时间为30分钟～45分钟左右，缩短了近1倍的时间；

6、生产反应完全，无三废产生，产品更加环保，无难闻气味。

附图说明

本发明共有附图2幅，其中：

图1为聚合工艺曲线；

图2为反相破乳工艺曲线。

具体实施方式

实施例1

将丙烯酸二甲氨基乙酯在PH为4的蒸馏水中溶解充分，加入季胺盐，季胺盐与丙烯酸二甲氨基乙酯的摩尔比1∶5；通过循环冷却保持温度20～40℃，搅拌3小时反应完全，在1小时内升温至90℃，同时通入氮气排除氧的干扰，加入丙烯酰胺单体、乳化油和引发剂进行聚合反应，丙烯酰胺单体与丙烯酸二甲氨基乙酯的摩尔比为1∶8，丙烯酰胺、季胺盐与丙烯酸二甲氨基乙酯的比例为总产量的20％，乳化油添加量为0.1kg/L，引发剂添加量为0.01mol/L，保持温度95～105℃下连续搅拌2小时；

所述PH为4的蒸馏水的用量为产量的60％；

反应结束后在1小时内迅速降温到80℃，再保持温度在80～70℃范围2小时的搅拌时间；

先将所需乳化油和表面活性剂预先配置成混合溶液，加入到反应釜中同时升温至100℃，通过控温系统保证在105～95℃条件下搅拌1小时和95～90℃条件下搅拌1小时后；继续搅拌同时利用冷却循环系统在1小时内使反应釜内液体温度降至40℃，停止降温，搅拌2小时即可得到最终产物。

所述的季胺盐为氯甲烷。

所述的乳化油加入量为0.1kg/L，为N-十二烷基二甲胺。

所述的引发剂加入量为0.01mol/L，为偶氮二氰基戊酸钠。

表面活性剂为非离子型即可，加入量为总产量的3％。

上述的百分数均为质量百分数。

实施例2

将丙烯酸二甲氨基乙酯在PH为6的蒸馏水中溶解充分，加入季胺盐，季胺盐与丙烯酸二甲氨基乙酯的摩尔比5∶1；通过循环冷却保持温度20～40℃，搅拌3小时反应完全，在1小时内升温至90℃，同时通入氮气排除氧的干扰，加入丙烯酰胺单体、乳化油和引发剂进行聚合反应，丙烯酰胺单体与丙烯酸二甲氨基乙酯的摩尔比为8∶1，丙烯酰胺、季胺盐与丙烯酸二甲氨基乙酯的比例为总产量的50％，乳化油添加量为0.1kg/L，引发剂添加量为0.01mol/L，保持温度95～105℃下连续搅拌2小时；

所述PH为6的蒸馏水的用量根据最终产品产量和指标要求而定，常规比例为产量的30％。

反应结束后在1小时内迅速降温到80℃，再保持温度在80～70℃范围2小时的搅拌时间；

先将所需乳化油和表面活性剂预先配置成混合溶液，加入到反应釜中同时升温至100℃，通过控温系统保证在105～95℃条件下搅拌1小时和95～90℃条件下搅拌1小时后；继续搅拌同时利用冷却循环系统在1小时内使反应釜内液体温度降至40℃，停止降温，搅拌2小时即可得到最终产物。

所述的季胺盐为烷基三甲基铵盐。

所述的乳化油加入量为0.1kg/L，为N-十二烷基二甲胺。

所述的引发剂加入量为0.01mol/L，为偶氮二氰基戊酸钠。

表面活性剂为非离子型即可，加入量为总产量的7％。

上述的百分数均为质量百分数。

实施例3

将丙烯酸二甲氨基乙酯在PH为5的蒸馏水中溶解充分，加入季胺盐，季胺盐与丙烯酸二甲氨基乙酯的摩尔比1∶1；通过循环冷却保持温度20～40℃，搅拌3小时反应完全，在1小时内升温至90℃，同时通入氮气排除氧的干扰，加入丙烯酰胺单体、乳化油和引发剂进行聚合反应，丙烯酰胺单体与丙烯酸二甲氨基乙酯的摩尔比为1∶3，丙烯酰胺、季胺盐与丙烯酸二甲氨基乙酯的比例为总产量的40％，乳化油添加量为0.1kg/L，引发剂添加量为0.01mol/L，保持温度95～105℃下连续搅拌2小时；

所述PH为5的蒸馏水的用量为40％。

反应结束后在1小时内迅速降温到80℃，再保持温度在80～70℃范围2小时的搅拌时间；

先将所需乳化油和表面活性剂预先配置成混合溶液，加入到反应釜中同时升温至100℃，通过控温系统保证在105～95℃条件下搅拌1小时和95～90℃条件下搅拌1小时后；继续搅拌同时利用冷却循环系统在1小时内使反应釜内液体温度降至40℃，停止降温，搅拌2小时即可得到最终产物。

所述的季胺盐为二烷基二甲基铵盐。

所述的乳化油加入量为0.1kg/L，为N-十二烷基二甲胺。

所述的引发剂加入量为0.01mol/L，为偶氮二氰基戊酸钠。

表面活性剂为非离子型即可，加入量为总产量的6％。

上述的百分数均为质量百分数。

实施例4

将丙烯酸二甲氨基乙酯在PH为4.5的蒸馏水中溶解充分，加入季胺盐，季胺盐与丙烯酸二甲氨基乙酯的摩尔比3∶1；通过循环冷却保持温度20～40℃，搅拌3小时反应完全，在1小时内升温至90℃，同时通入氮气排除氧的干扰，加入丙烯酰胺单体、乳化油和引发剂进行聚合反应，丙烯酰胺单体与丙烯酸二甲氨基乙酯的摩尔比为1∶3，丙烯酰胺、季胺盐与丙烯酸二甲氨基乙酯的比例为总产量的30％，乳化油添加量为0.1kg/L，引发剂添加量为0.01mol/L，保持温度95～105℃下连续搅拌2小时；

所述PH为4.5的蒸馏水的用量根据最终产品产量和指标要求而定，常规比例为产量的45％。

反应结束后在1小时内迅速降温到80℃，再保持温度在80～70℃范围2小时的搅拌时间；

先将所需乳化油和表面活性剂预先配置成混合溶液，加入到反应釜中同时升温至100℃，通过控温系统保证在105～95℃条件下搅拌1小时和95～90℃条件下搅拌1小时后；继续搅拌同时利用冷却循环系统在1小时内使反应釜内液体温度降至40℃，停止降温，搅拌2小时即可得到最终产物。

所述的季胺盐为氯甲烷和烷基三甲基铵盐的混合物。

所述的乳化油加入量为0.1kg/L，为N-十二烷基二甲胺。

所述的引发剂加入量为0.01mol/L，为偶氮二氰基戊酸钠。

表面活性剂为非离子型即可，加入量为总产量的5.5％。

上述的百分数均为质量百分数。

实施例5

将丙烯酸二甲氨基乙酯在PH为5.5的蒸馏水中溶解充分，加入季胺盐，季胺盐与丙烯酸二甲氨基乙酯的摩尔比1∶4；通过循环冷却保持温度20～40℃，搅拌3小时反应完全，在1小时内升温至90℃，同时通入氮气排除氧的干扰，加入丙烯酰胺单体、乳化油和引发剂进行聚合反应，丙烯酰胺单体与丙烯酸二甲氨基乙酯的摩尔比为5∶1，丙烯酰胺、季胺盐与丙烯酸二甲氨基乙酯的比例为总产量的48％，乳化油添加量为0.1kg/L，引发剂添加量为0.01mol/L，保持温度95～105℃下连续搅拌2小时；

所述PH为5.5的蒸馏水的用量为产量的35％。

反应结束后在1小时内迅速降温到80℃，再保持温度在80～70℃范围2小时的搅拌时间；

先将所需乳化油和表面活性剂预先配置成混合溶液，加入到反应釜中同时升温至100℃，通过控温系统保证在105～95℃条件下搅拌1小时和95～90℃条件下搅拌1小时后；继续搅拌同时利用冷却循环系统在1小时内使反应釜内液体温度降至40℃，停止降温，搅拌2小时即可得到最终产物。

所述的季胺盐为氯甲烷、烷基三甲基铵盐和二烷基二甲基铵盐的混合物。

所述的乳化油加入量为0.1kg/L，为N-十二烷基二甲胺。

所述的引发剂加入量为0.01mol/L，为偶氮二氰基戊酸钠。

表面活性剂为非离子型即可，加入量为总产量的6.5％。

上述的百分数均为质量百分数。

Claims (7)

1、一种液体有机高分子絮凝剂的制备方法，包括聚合、降温、反相破乳过程，具体步骤如下：

(1)聚合

将丙烯酸二甲氨基乙酯在PH为4～6的蒸馏水中溶解充分，加入季胺盐，季胺盐与丙烯酸二甲氨基乙酯的摩尔比1∶5～5∶1；通过循环冷却保持温度20～40℃，搅拌3小时反应完全，在1小时内升温至90℃，同时通入氮气排除氧的干扰，加入丙烯酰胺单体、乳化油和引发剂进行聚合反应，丙烯酰胺单体与丙烯酸二甲氨基乙酯的摩尔比为1∶8～8∶1，丙烯酰胺、季胺盐与丙烯酸二甲氨基乙酯的比例为总产量的20wt％～50wt％，乳化油添加量为0.1kg/L，引发剂添加量为0.01mol/L，保持温度95～105℃下连续搅拌2小时；

(2)降温

反应结束后在1小时内迅速降温到80℃，再保持温度在80～70℃范围2小时的搅拌时间；

(3)反相破乳

先将所需乳化油和表面活性剂预先配置成混合溶液，加入到反应釜中同时升温至100℃，通过控温系统保证在105～95℃条件下搅拌1小时和95～90℃条件下搅拌1小时后；继续搅拌同时利用冷却循环系统在1小时内使反应釜内液体温度降至40℃，停止降温，搅拌2小时即可得到最终产物。

2、如权利要求1所述的一种液体有机高分子絮凝剂的制备方法，其特征在于所述的季胺盐为氯甲烷、烷基三甲基铵盐或二烷基二甲基铵盐中的1~3种。

3、如权利要求1所述的一种液体有机高分子絮凝剂的制备方法，其特征在于所述的乳化油为N-十二烷基二甲胺。

4、如权利要求1所述的一种液体有机高分子絮凝剂的制备方法，其特征在于所述的引发剂为偶氮二氰基戊酸钠。

5、如权利要求1所述的一种液体有机高分子絮凝剂的制备方法，其特征在于所述的表面活性剂为非离子型，加入量为总产量的3wt～7wt％。

6、如权利要求1所述的一种液体有机高分子絮凝剂的制备方法，其特征在于所述的所述PH为4～6的蒸馏水的用量根据最终产品产量和指标要求而定，常规比例为产量的30wt％～60wt％。

7、一种液体有机高分子絮凝剂，是按照权利要求1~6所述的方法制得的，其含固量50％±2％，分子量在800万～1500万之间，电荷密度在80％～90％，阳离子度60～85％，溶于水的时间为30分钟～45分钟左右。

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