CN103319654B - 一种阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的合成方法 - Google Patents
一种阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的合成方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的合成方法，包括以下步骤：（1）、称取丙烯酰胺粉末和质量浓度70-80%的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液混合后，加入去离子水搅拌均匀得到质量浓度为32-35%的聚合单体水溶液，降温后加入各种助剂；然后加入复合引发剂进行聚合6-7小时，再加入光引发剂聚合30-45分钟；聚合反应完成后，取出胶粒进行造粒、烘干、粉碎、过筛得到阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂。本发明制备的阳离子聚丙烯酰胺的相对分子量大（1700万以上）且水溶性好，通过在城市污水处理厂实践证明，絮凝效果大幅提高。
Description
技术领域
本发明涉及有机高分子聚合物领域，具体是一种阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的合成方法。
背景技术
聚丙烯酰胺（PAM）是丙烯酰胺（Acrylamide，AM）均聚物或与其他单体共聚而得线形聚合物的统称，包括阴离子型(APAM)、阳离子型(CPAM)，有液态、胶状、粉状等物理形态。聚丙烯酰胺是一种线型的水溶性聚合物，是水溶性高分子中应用最广泛的品种之一，在石油开采、水处理、纺织印染、造纸、选矿、洗煤、医药、制糖、养殖、建材、农业等行业具有广泛的应用，有"百业助剂"、 "万能产品"之称。聚丙烯酰胺属精细化工产品，也属于新材料范畴。其中特高分子量聚丙烯酰胺是国家优先发展的八大精细化工产品之一，也是原国家计委新材料高技术产业化重点项目之一。聚丙烯酰胺主要用在石油开采、水处理、造纸等领域，同时在纺织、冶金、制糖、医药等行业也有广泛应用。在石油开采方面主要是使用高分子量阴离子型聚丙烯酰胺；水处理应用上以阳离子型使用量最大，阳离子聚丙烯酰胺可通过吸附电中和、吸附架桥两种作用使带负电荷的胶体颗粒和其他污染物质脱稳而去除，因而具有良好的除浊、脱色等功能，特别适用于胶体物质含量高的废水、污泥脏水和有色废水的处理。另外，它可与各类无机高分子絮凝剂复配成一系列新型高效复合絮凝剂，降低水处理成本、提高净水效果，从而进一步拓宽了应用范围。因此，在城镇饮用水、工业用水、工业废水和城市污水净化处理中使用阳离子聚丙烯酰胺已成为一种趋势。但是目前我国的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的性能不稳定，比如产品的分子量一般在1000万以下，并且溶解性较差，最终导致产品的絮凝效果差，满足不了水处理的要求。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供一种阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的合成方法，以提高阳离子聚丙烯酰胺的产品质量，解决现有的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂絮凝效果差的问题。
本发明是通过以下步骤实现的：
（1）、称取丙烯酰胺粉末和质量浓度70-80%的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液混合后，加入去离子水搅拌均匀得到质量浓度为32-35%的聚合单体水溶液，且聚合单体中丙烯酰胺与丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的摩尔比为1:0.4-0.6；
（2）、降温至20-22℃，加入盐酸调节PH为4.2-4.5，然后加入乙二胺四乙酸四钠、苯甲酸钠、硼酸、异丙醇、尿素并混合均匀，其中乙二胺四乙酸四钠、苯甲酸钠、硼酸、异丙醇和尿素的用量分别是聚合单体水溶液重量的0.015-0.018%、0.008-0.010%、0.008-0.010%、0.020-0.024%、0.12-0.14%；
（3）、降温至12-15℃，通氮除氧20-25分钟，加入复合引发剂聚合6-7小时，聚合温度不高于50℃；所述的复合引发剂由过硫酸铵、二水合次硫酸氢钠甲醛（吊白块）、过氧化二苯甲酰和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯组成，其用量分别是聚合单体水溶液重量的0.002-0.003%、0.002-0.003%、0.003-0.004%和0.0015-0.0018%；
（4）、加入光引发剂，在100-200w的高压汞灯下聚合30-45分钟，所述的光引发剂为2,4-二羟基二苯甲酮和乙二醇的混合物，其用量分别是聚合单体水溶液重量的0.004-0.005%和0.007-0.008%。
（5）、聚合反应完成后，取出胶粒进行造粒、烘干、粉碎、过筛得到阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，所述干燥温度为60-70℃，时间为6-8小时。
上述方案进一步优选为：所述步骤（1）中的聚合单体水溶液的质量浓度为35%，所述的丙烯酰胺与丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的摩尔比为1：0.5；所述步骤（2）中的温度降至为21℃，所述的PH调节为4.3，所述乙二胺四乙酸四钠、苯甲酸钠、硼酸、异丙醇、尿素的用量分别是聚合单体水溶液重量的0.016%、0.009%、0.009%、0.022%、0.13%；所述步骤（3）中的温度降至13℃，通氮除氧25分钟，加入复合引发剂聚合6.5小时，过硫酸铵、二水合次硫酸氢钠甲醛、过氧化二苯甲酰和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的用量分别是聚合单体水溶液重量的0.0025%、0.0025%、0.0035%和0.0016%。
上述方案进一步优选为：所述步骤（4）的高压汞灯下聚合时间为45分钟，所述的2,4-二羟基二苯甲酮和乙二醇用量是分别是聚合单体水溶液重量的0.0045%和0.0075%
本发明工艺简单，操作方便、稳定，制备的阳离子聚丙烯酰胺的相对分子量大（1700万以上）且水溶性好，通过在城市污水处理厂实践证明，絮凝效果大幅度提高。
具体实施方式
实施例1,
一种阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的合成方法，包括以下步骤：
（1）、称取丙烯酰胺粉末和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液（80%）混合后，加入去离子水搅拌均匀得到质量浓度为32%的聚合单体水溶液，且聚合单体中丙烯酰胺与丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的摩尔比为1:0.4；
（2）、降温至20℃，加入氨水调节PH为4.2，然后加入乙二胺四乙酸四钠、苯甲酸钠、硼酸、异丙醇、尿素并混合均匀，其中乙二胺四乙酸四钠、苯甲酸钠、硼酸、异丙醇、尿素的用量分别是聚合单体水溶液重量的0.015%、0.008%、0.008%、0.020%、0.12%；
（3）、降温至12℃，通氮除氧20分钟，加入复合引发剂聚合6小时，聚合温度不高于50℃；复合引发剂由过硫酸铵、二水合次硫酸氢钠甲醛、过氧化二苯甲酰和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯组成，其用量分别是聚合单体水溶液重量的0.002%、0.002%、0.003%和0.0015%；
（4）、加入光引发剂，在100W的高压汞灯下聚合30分钟，光引发剂为2,4-二羟基二苯甲酮和乙二醇的混合物，其用量分别是聚合单体水溶液重量的0.004%和0.007%。
（5）、聚合反应完成后，取出胶粒进行造粒、烘干、粉碎、过筛得到阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，干燥温度为60℃，时间为6小时。
实施例2
一种阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的合成方法，包括以下步骤：
（1）、称取丙烯酰胺粉末和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液（70%）混合后，加入去离子水搅拌均匀得到质量浓度为35%的聚合单体水溶液，且聚合单体中丙烯酰胺与丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的摩尔比为1:0.6；
（2）、降温至22℃，加入氨水调节PH为4.5，然后加入乙二胺四乙酸四钠、苯甲酸钠、硼酸、异丙醇、尿素并混合均匀，其中乙二胺四乙酸四钠、苯甲酸钠、硼酸、异丙醇、尿素的用量分别是聚合单体水溶液重量的0.018%、0.010%、0.010%、0.024%、0.14%；
（3）、降温至15℃，通氮除氧25分钟，加入复合引发剂聚合7小时，聚合温度不高于50℃；复合引发剂由过硫酸铵、二水合次硫酸氢钠甲醛、过氧化二苯甲酰和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯组成，其用量分别是聚合单体水溶液重量的0.003%、0.003%、0.004%和0.0018%；
（4）、加入光引发剂，在200W的高压汞灯下聚合45分钟，光引发剂为2,4-二羟基二苯甲酮和乙二醇的混合物，其用量分别是聚合单体水溶液重量的0.005%和0.008%。
（5）、聚合反应完成后，取出胶粒进行造粒、烘干、粉碎、过筛得到阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，干燥温度为70℃，时间为8小时。
实施例3
一种阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的合成方法，包括以下步骤：
（1）、称取丙烯酰胺粉末和质量浓度75%的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液混合后，加入去离子水搅拌均匀得到质量浓度为34%的聚合单体水溶液，且聚合单体中丙烯酰胺与丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的摩尔比为1:0.5；
（2）、降温至21℃，加入盐酸调节PH为4.3，然后加入乙二胺四乙酸四钠、苯甲酸钠、硼酸、异丙醇、尿素并混合均匀，其中乙二胺四乙酸四钠、苯甲酸钠、硼酸、异丙醇和尿素的用量分别是聚合单体水溶液重量的0.016%、0.009%、0.009%、0.022%、0.13%；
（3）、降温至13℃，通氮除氧25分钟，加入复合引发剂聚合6.5小时，聚合温度不高于50℃；所述的复合引发剂由过硫酸铵、二水合次硫酸氢钠甲醛、过氧化二苯甲酰和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯组成，其用量分别是聚合单体水溶液重量的0.005%、0.0025%、0.0035%和0.0016%；
（4）、加入光引发剂，在150w的高压汞灯下聚合45分钟，所述的光引发剂为2,4-二羟基二苯甲酮和乙二醇的混合物，其用量分别是聚合单体水溶液重量的0.0045%和0.0075%。
（5）、聚合反应完成后，取出胶粒进行造粒、烘干、粉碎、过筛得到阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，所述干燥温度为65℃，时间为7小时。
实施例1-3制备的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂经过红外光谱分析，产物确为AM和DAC的聚合物，其相对分子量分别为1724万、1765万、1876万，而目前国内同类阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的分子量仅为1000-1200万左右；实施例1-3制备的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂溶解时间（检测标准GB17514-1998）分别为40分钟、45分钟、35分钟,大大低于国内现有的同类型的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的90-120分钟。在城市污水处理厂对污水进行絮凝实验，絮凝后的上清液透光率＞99%，絮凝率＞85%，大大高于国内的同类阳离子聚丙烯酰胺的絮凝性能，尤其是实施例3制备的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的技术指标以及絮凝效果尤佳。
Claims (3)
1.一种阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、称取丙烯酰胺粉末和质量浓度70-80%的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液混合后，加入去离子水搅拌均匀得到质量浓度为32-35%的聚合单体水溶液，且聚合单体中丙烯酰胺与丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的摩尔比为1:0.4-0.6；
（2）、降温至20-22℃，加入盐酸调节pH为4.2-4.5，然后加入乙二胺四乙酸四钠、苯甲酸钠、硼酸、异丙醇、尿素并混合均匀，其中乙二胺四乙酸四钠、苯甲酸钠、硼酸、异丙醇和尿素的用量分别是聚合单体水溶液重量的0.015-0.018%、0.008-0.010%、0.008-0.010%、0.020-0.024%、0.12-0.14%；
（3）、降温至12-15℃，通氮除氧20-25分钟，加入复合引发剂聚合6-7小时，聚合温度不高于50℃；所述的复合引发剂由过硫酸铵、二水合次硫酸氢钠甲醛、过氧化二苯甲酰和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯组成，其用量分别是聚合单体水溶液重量的0.002-0.003%、0.002-0.003%、0.003-0.004%和0.0015-0.0018%；
（4）、加入光引发剂，在100-200w的高压汞灯下聚合30-45分钟，所述的光引发剂为2,4-二羟基二苯甲酮和乙二醇的混合物，其用量分别是聚合单体水溶液重量的0.004-0.005%和0.007-0.008%；
（5）、聚合反应完成后，取出胶粒进行造粒、烘干、粉碎、过筛得到阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，所述干燥温度为60-70℃，时间为6-8小时。
2.根据权利要求1所述的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的合成方法，其特征在于：所述步骤（1）中的聚合单体水溶液的质量浓度为34%，所述的丙烯酰胺与丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的摩尔比为1：0.5；所述步骤（2）中的温度降至为21℃，所述的pH调节为4.3，所述乙二胺四乙酸四钠、苯甲酸钠、硼酸、异丙醇、尿素的用量分别是聚合单体水溶液重量的0.016%、0.009%、0.009%、0.022%、0.13%；所述步骤（3）中的温度降至13℃，通氮除氧25分钟，加入复合引发剂聚合6.5小时，过硫酸铵、二水合次硫酸氢钠甲醛、过氧化二苯甲酰和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的用量分别是聚合单体水溶液重量的0.0025%、0.0025%、0.0035%和0.0016%。
3.根据权利要求1或2所述的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的合成方法，其特征在于：所述步骤（4）的高压汞灯下聚合时间为45分钟，所述的2,4-二羟基二苯甲酮和乙二醇用量是分别是聚合单体水溶液重量的0.0045%和0.0075%。
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