CN101786646B

CN101786646B - 去除聚氯化铝中不溶物的加速沉降剂的制备及应用方法

Info

Publication number: CN101786646B
Application number: CN2010101150239A
Authority: CN
Inventors: 雷春生; 刘建国; 郭迎庆
Original assignee: Jiangsu Polytechnic University
Current assignee: Jiangsu Polytechnic University
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: CN101786646A

Abstract

本发明公开了一种去除聚氯化铝中不溶物的加速沉降剂的制备及应用方法，以丙烯酰胺、环氧氯丙烷、二甲氨基乙醇和三甲胺为主要原料，加入合适引发剂，在氮气保护条件下聚合，经造粒、干燥、粉碎得到沉降剂。使用时，搅拌溶解后加入到聚氯化铝液体中，静止沉淀即可将聚氯化铝中不溶物沉淀下来。沉降剂成本低、聚合物分子量大、阳离子电荷密度高，用方便，加入到液体聚氯化铝中不会形成黏糊状物质，肉眼能快速看到液体聚氯化铝中的不溶物形成颗粒分离出来。

Description

去除聚氯化铝中不溶物的加速沉降剂的制备及应用方法

技术领域

本发明涉及一种阳离子型高分子絮凝剂的制备工艺，该絮凝剂可用于去除聚氯化铝中不溶物质，属于化学技术领域。

背景技术

聚氯化铝是目前国内外广泛使用的高效混凝剂，具有用量少、污泥少、除浊高、对出水pH影响小等优点。国家标准中对于不溶物有严格的要求，液体优等品≤0.2％，液体一等品≤0.5％，所以通常生产液体聚氯化铝的最后一步就是去除其中的不溶物。这主要有两种方法：一种是自然沉降法，一般需要7～10天左右，生产周期比较长，影响产品的质量，不适合一些占地面积小的生产厂家，而且对于某些盐基度高的产品，由于产品黏度比较大，不溶物难以分离，即使沉淀数天后仍然达不到国家标准中的相关要求；另一种方法是采用板框式压滤机压滤，不仅投资大，耗电量大，而且要求产品盐基度不能过高，一般在80％以下，限制了产品的实用范围。

对于多数厂家，为了减少设备投资，多采用沉降法，因此，液体产品中普遍存在不溶物过高的问题，这也成为目前国内生产液体聚氯化铝急需解决的问题。

聚丙烯酰胺是一种应用比较广泛的有机高分子絮凝剂，一般用作助凝剂，在混凝处理过程中，通过电荷中和及吸附架桥作用增加絮体的粒径，加速其沉降从而提高混凝效果。使用聚丙烯酰胺等有机高分子絮凝剂是加速聚氯化铝中不溶物沉淀的一种方法。但是普通的聚丙烯酰胺对于加速聚氯化铝中不溶物沉淀的效果不明显。阳离子型有机絮凝剂的合成方法主要有含烯基单体的聚合型、多胺的缩合型以及高分子接枝等。从反应物来看，又主要分为聚丙烯酰胺接枝及共聚物、环氧氯丙烷反应物、季铵盐类、亚胺类等。环氧氯丙烷与胺进行缩聚可以得到高分子化合物用于水絮凝处理。根据所使用的胺的性质不同，可以得到不同品种、不同性能的阳离子絮凝剂。这类阳离子絮凝剂与其它阳离子絮凝剂相比最大的特点是：能使用在含氯分散相的水分散体系中，而不与氯化物起作用，从而在含氯分散相的水分散体系中使用时，不会降低其絮凝效果。

聚丙烯酰胺接枝主要有以下几种方式：一是先羟基化，再季胺盐化反应。选择不同的反应条件，使环氧氯丙烷加成在聚丙烯酰胺的酰胺基上，然后再进一步季铵化，得到了不同阳离子度的阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)，发现当阳离子度位于13.2～17.8％时，样品的絮凝性能最好，处理水体的上层清液的透光率可以达到99.9～100.0％。二是通过曼尼希反应(Mannich)反应进行阳离子化。这是我国目前工厂企业生产阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的主要方法，已经具有小量工业生产的能力。在实验过程中，加入定量的甲醛和二甲胺进行Mannich反应得到阳离子化絮凝剂，用于轻工废水的处理，在投药量为20×106的时候，得到最佳处理效果，处理后的废水水质得到很大的改善。三是利用丙烯酰胺和其它阳离子单体的共聚反应。一般说来，只要是具有烯基的阳离子型单体就可以与丙烯酰胺进行共聚。如用二烷基二烯丙基卤化胺与丙烯酰胺单体共聚，合成代号为DX的一系列阳离子型有机絮凝剂，对炼油污水、钻井污水都具有良好的絮凝效果。另外，将二乙胺与环氧氯丙烷在一定条件下进行线性聚合后再与丙烯酰胺进行共聚，合成了聚季胺盐丙烯酰胺的阳离子型絮凝剂，能明显改善煤泥水的絮凝效果。目前聚丙烯酰胺的衍生物向着有长支链的方向发展。L.Gu等人合成了N-乙烯基甲酰胺(NVF)和聚(二甲基氨基乙基异丁烯酸基)甲基氯化铵(PDMAEMA)大分子单体的共聚物，研究了反应动力学，并将这种共聚物与线形阳离子絮凝剂进行TiO₂分散模拟水样的处理比较，这种长支链絮凝剂无论是在阳离子组分、絮凝效率、最终出水浊度和絮体强度方面都比线形絮凝剂的效果好，这种物质在水处理过程中，它的电荷集中在分子的侧链上，可以起到很好的电中和能力，而主链上没有电荷，可以在不同颗粒之间架桥，因而无论吸附架桥能力还是电中和能力都比线形絮凝剂更强。

发明内容

本发明的目的是为克服液体聚氯化铝中不溶物难以分离的不足而提供一种加速沉降剂的制备方法，该沉降剂属于阳离子高分子絮凝剂的一种，具有分子量大，阳离子电荷密度高等特点。

本发明的另一目的是提供上述加速沉降剂的应用方法，可方便、有效地去除液体聚氯化铝絮凝剂中不溶物质。

本发明加速沉降剂的制备方法是按如下步骤：

(1)先取32～58g丙烯酰胺固体于烧瓶中，加入41～64mL蒸馏水，加热至40～60℃得到丙烯酰胺溶液；再将33～56mL环氧氯丙烷和12～28mL二甲氨基乙醇注入到烧瓶中搅拌，恒温控制在60～75℃，反应5～6小时后得到改性聚丙烯酰胺胶体物质，最后静止冷却，分离，取上层液待用；

(2)将上层液置于500mL另一烧瓶中，将该另一烧瓶放入冰水中充分冷却，在搅拌的情况下缓慢滴加98～112mL三甲胺溶液，温度控制在常温，滴加完毕后再搅拌40min，然后在氮气保护条件下加入与反应物总质量的质量比为1～5％的引发剂，恒温控制在68～75℃，在酸性条件下聚合，聚合时间为5.0～6.0h；

(3)将所得的聚合物进行造粒、干燥、粉碎，即得粉状沉降剂。

本发明加速沉降剂的应用方法是：先将粉状沉降剂用水溶解，粉状沉降剂与液体聚氯化铝质量比为0.2～0.5‰，在搅拌条件下溶解30～45min，得到粘度为1000～3000mpa.s黏稠状液体，再将该黏稠状液体注入液体聚氯化铝中搅拌，静止沉淀后得到澄清透明的聚氯化铝溶液。

本发明以丙烯酰胺、环氧氯丙烷、二甲氨基乙醇和三甲胺为主要原料，加入合适引发剂，制备得到的为阳离子型高分子絮凝剂作为一种去除聚氯化铝中不溶物质的加速沉降剂，具有成本低、聚合物分子量大、阳离子电荷密度高，使用方便等特点，可广泛用于聚氯化铝、聚氯化铝铁、聚硫酸铁等无机高分子絮凝剂中不溶物质的去除。其外观为白色颗粒或粉末状固体，阳离子度大于85％，分子量为500～1200万，0.5‰的水溶液粘度超过1000mpa.s，溶解时间小于1h。与其它高分子絮凝剂相比，溶解后的胶体加入到聚氯化铝等无机高分子絮凝剂中不会形成稠状物质，肉眼能快速看到液体聚氯化铝等无机高分子絮凝剂中的不溶物形成颗粒从聚氯化铝等絮凝剂中分离出来。

具体实施方式

本发明首先采用水溶液聚合的方法，将丙烯酰胺固体配制成浓度为50～90％的水溶液。取32～58g丙烯酰胺固体于烧瓶中，加入41～64mL蒸馏水，然后在该烧瓶上搭接冷凝管、电动搅拌器和温度计，加热至40～60℃，得到丙烯酰胺溶液，再将33～56mL环氧氯丙烷和12～28mL二甲氨基乙醇注入到该烧瓶中，开动电动搅拌器搅拌，恒温控制在60～75℃，反应5～6小时后停止，得到改性聚丙烯酰胺胶体物质。反应完后静止冷却，用分液漏斗分离，取上层液待用。

接着，待上述分离后的上层液完全冷却后，置于500mL另一个烧瓶中，将该另一个烧瓶放在冰水中充分冷却，在搅拌的情况下缓慢滴加98～112mL三甲胺溶液，该另一个烧瓶内的温度控制在常温，滴加完毕后，再搅拌40min，然后在氮气保护条件下加入与反应物总质量的质量比为1～5％的引发剂，所采用的引发剂为氧化还原引发体系，如：K₂S₂O₈-NaHSO₃、(NH₄)₂S₂O₈-NaHSO₃等。引发剂的最佳用量是2.～3％，最后恒温控制在68～75℃，在酸性条件下聚合，聚合时间为5.0h～6.0h，聚合时可缓慢滴加41～62mL浓盐酸保持酸性条件。

最后，将上述反应后的聚合物先进行造粒，造粒直径为0.1～3.0mm；再在温度为60～100℃的热风下干燥，干燥时间为1.0～6.0h；最后粉碎得到最终的粉状絮凝剂产品，即加速沉降剂。

加速沉降剂应用时，取与液体聚氯化铝质量比为0.2～0.5‰的粉状沉降剂用水加以溶解，溶解时间是在搅拌条件下30～45min，得到粘度为1000～3000mpa.s黏稠状液体，再将该黏稠状液体注入液体聚氯化铝中搅拌，静止沉淀后即可将液体聚氯化铝中不溶悬浮物去除，得到澄清透明的聚氯化铝溶液。

以下提供3个实施例进一步说明本发明：

实施例1

取32g丙烯酰胺固体于三角烧瓶中，加入40mL蒸馏水，然后在三角烧瓶上搭接冷凝管、电动搅拌器和温度计，加热至45℃。完成后，把33mL环氧氯丙烷和16mL二甲氨基乙醇注入到三角烧瓶中，开动电动搅拌器搅拌，恒温控制在68℃，反应5小时后停止。反应完后静止冷却，用分液漏斗分离，取上层液待用。待上述分离后的上层液完全冷却后，置于500mL三口圆底烧瓶中，将烧瓶放在冰水中充分冷却，在搅拌的情况下缓慢滴加98mL三甲胺溶液，反应器内的温度控制在常温，滴加完毕后，再搅拌40min，然后在氮气保护条件下加入质量比为1％的K₂S₂O₈-NaHSO₃引发剂，最后恒温控制在70℃，缓慢滴加41mL浓盐酸，在此酸性条件下聚合6h。将上述反应后的聚合物先进行造粒，造粒直径为0.1mm；再在温度为60℃的热风下干燥，干燥时间为6.0h；最后粉碎即得到粉状加速沉降剂，平均分子量为800万，阳离子度为80％。

应用时，取与液体聚氯化铝质量比为0.2‰的粉状沉降剂用水加以溶解，溶解时间是在搅拌条件下30min，得到粘度为1000～3000mpa.s黏稠状液体，再将该黏稠状液体注入液体聚氯化铝中搅拌，静止沉淀后即可将液体聚氯化铝中不溶悬浮物去除，得到澄清透明的聚氯化铝溶液。

实施例2

取41gAM丙烯酰胺固体于三角烧瓶中，加入60mL蒸馏水，然后在三角烧瓶上搭接冷凝管、电动搅拌器和温度计，加热至50℃。完成后，把45mL环氧氯丙烷和18mL二甲氨基乙醇注入到三角烧瓶中，开动电动搅拌器，恒温控制在70℃，反应5小时后停止。反应完后静止冷却，用分液漏斗分离，取上层液待用。待上述分离后的上层液完全冷却后，置于500mL三口圆底烧瓶中，将烧瓶放在冰水中充分冷却，在搅拌的情况下缓慢滴加100mL三甲胺溶液，反应器内的温度控制在常温，滴加完毕后，再搅拌40min，然后在氮气保护条件下加入质量比为2％的(NH₄)₂S₂O₈-NaHSO₃引发剂，最后恒温控制在70℃，缓慢滴加50mL浓盐酸在酸性条件下聚合6h。将上述反应后的聚合物先进行造粒，造粒直径为1.5mm；再在温度为80℃的热风下干燥，干燥时间为1h；最后粉碎即得到粉状加速沉降剂，平均分子量为1000万，阳离子度为81％。

应用时，取与液体聚氯化铝质量比为0.3‰的粉状沉降剂用水加以溶解，溶解时间是在搅拌条件下40min，得到粘度为1000～3000mpa.s黏稠状液体，再将该黏稠状液体注入液体聚氯化铝中搅拌，静止沉淀后即可将液体聚氯化铝中不溶悬浮物去除，得到澄清透明的聚氯化铝溶液。

实施例3

取58g丙烯酰胺固体于三角烧瓶中，加入64mL蒸馏水，然后在三角烧瓶上搭接冷凝管、电动搅拌器和温度计，加热至60℃。完成后，将56mL环氧氯丙烷和28mL二甲氨基乙醇注入到三角烧瓶中，开动电动搅拌器，恒温控制在75℃，反应5小时后停止。反应完后静止冷却，用分液漏斗分离，取上层液待用。待上述分离后的上层液完全冷却后，置于500mL三口圆底烧瓶中，将烧瓶放在冰水中充分冷却，在搅拌的情况下缓慢滴加112mL三甲胺溶液，反应器内的温度控制在常温，滴加完毕后，再搅拌40min，然后在氮气保护条件下加入质量比为3％的引发剂，最后恒温控制在75℃，缓慢滴加62mL浓盐酸在酸性条件下聚合6h。将上述反应后的聚合物先进行造粒，造粒直径为3mm；再在温度为100℃的热风下干燥，干燥时间为3h；最后粉碎即得到粉状加速沉降剂，平均分子量为1200万，阳离子度为85％。

应用时，取与液体聚氯化铝质量比为0.5‰的粉状沉降剂用水加以溶解，溶解时间是在搅拌条件下45min，得到粘度为1000～3000mpa.s黏稠状液体，再将该黏稠状液体注入液体聚氯化铝中搅拌，静止沉淀后即可将液体聚氯化铝中不溶悬浮物去除，得到澄清透明的聚氯化铝溶液。

Claims

1.一种去除聚氯化铝中不溶物的加速沉降剂的制备方法，其特征是采用如下步骤；

(3)将所得的聚合物进行造粒、干燥、粉碎，即得粉状加速沉降剂。

2.根据权利要求1所述的去除聚氯化铝中不溶物的加速沉降剂的制备方法，其特征是：步骤(2)所述引发剂为氧化还原引发体系，与反应物总质量的质量比为2～3％。

3.根据权利要求1所述的去除聚氯化铝中不溶物的加速沉降剂的制备方法，其特征是：步骤(2)所述酸性条件为缓慢滴加41～62mL浓盐酸。

4.根据权利要求1所述的去除聚氯化铝中不溶物的加速沉降剂的制备方法，其特征是：步骤(3)所述造粒直径为0.1～3.0mm；在温度为60～100℃的热风下干燥，干燥时间为1.0～6.0h。

5.一种权利要求1所述的加速沉降剂的应用方法，其特征是：先将粉状加速沉降剂用水溶解，粉状加速沉降剂与液体聚氯化铝质量比为0.2～0.5‰，在搅拌条件下溶解30～45min，得到粘度为1000～3000mPa.s黏稠状液体，再将该黏稠状液体注入液体聚氯化铝中搅拌，静止沉淀后得到澄清透明的聚氯化铝溶液。