CN104478053A - 聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂及其制备工艺和应用 - Google Patents

聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂及其制备工艺和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂及其制备工艺和应用，属于环境废水水处理领域。本发明中复合混凝剂的制备工艺具体步骤如下：将硫酸铝溶液中滴加Na2CO3溶液，获得PAS溶液；然后使混合溶液中PAS的含量以Al2O3计与PDMDAAC的质量比为30:1～35:1；搅拌获得稳定的聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂。本发明制备获得的聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂在废水处理过程中，在加量相近的情况下的混凝效果比常规混凝剂的混凝效果都要好，其COD去除率相比增加26.60％～10.89％；色度去除率相比增加46.67％～5％。

Description

聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂及其制备工艺和应用
技术领域
本发明属于环境废水水处理领域，特别涉及一种聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂及其制备工艺和应用。
背景技术
絮凝沉降是目前国内外水工业、水污染治理、海水淡化与节水回用净化处理工程技术领域中普遍用来提高水质处理效率的一种既经济又简便的水质处理方法。水处理技术创新发展、工艺流程的简化、运行费用降低以及水质净化质量提高在很大程度上取决于混凝剂的性能。因此，新型、高效水处理药剂始终是水处理环保产业技术领域中重点发展的支柱产业，也是水工业与水污染治理工程技术与设备创新发展的基础产业。
目前混凝剂的发展方向是朝着高分子化、复合化和多功能化的发展。因此，以下三个方向将成为研究重点：
(1)复合混凝剂的研制：目前，复合混凝剂较传统混凝剂有明显优势，因此如何开发高效复合混凝将使未来研究的热点。为此，我们需要进一步深入对复合混凝剂基础理论研究，优化复合混凝剂的合成工艺，以充分发挥各组分作用及他们之前的协同作用，使产品性能更加优越。
(2)天然高分子改性产物应用：天然高分子活性基团多、价廉无毒、可生物降解的优点使其在“环保世纪”得以大显身手，故克服分子量低、电荷量少、不稳定等技术难题也是混凝剂发展的一道关卡。
(3)微生物混凝剂研发：较其他混凝剂，微生物混凝剂最大的优点是不存在二次污染，安全方便。但由于微生物较难驯化、微生物产物获得成本较大。今后，在微生物混凝剂和传统混凝剂的结合使用应进行更多的研究，以期开发应用范围更广的新型产品。
现在污水的水质复杂化，原有单一絮凝剂难以满足水处理的要求，因此复合混凝剂已经成为人们的关注重点，复合混凝剂不仅保留了原有优点，而且由于协同效应还增强了混凝性能。基于复合混凝剂的化学组成，复合混凝剂可以分为无机-无机复合混凝剂、无机-有机复合混凝剂以及有机-有机复合混凝剂。就具体处理效果来说，无机-有机复合高分子混凝剂是相对较好的。无机高分子混凝剂对各种复杂成分的水处理适用性强，成本低，但生成絮体小，且投药量大，生成污泥量大。相比之下，有机高分子絮凝剂可带-COO-、-NH-、-OH等亲水基团，可具链状、环状等多种结构，利于污染物进入絮体，具有所需用量少、形成絮团大、残余污泥易处理、脱色性好等优点。两者的结合使用效果优于单一絮凝剂的使用效果。
发明内容
为克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂的制备工艺。
本发明的另一目的在于提供上述制备工艺获得的聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂。
本发明的再一目的在于提供上述聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂的制备工艺，具体步骤如下：
1)将硫酸铝置于混合釜内，加水调配得到含量以Al2O3计其质量分数为35％～40％的硫酸铝溶液；
2)在70℃搅拌步骤1)获得的硫酸铝溶液，同时滴加质量分数为15％的Na2CO3溶液，控制其盐基度到40％～45％，静止3小时，获得PAS溶液(聚合硫酸铝溶液)；
3)在65℃搅拌步骤2)获得的PAS溶液，加入分子量为20～35万的聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)质量分数计其含量20％～30％的二甲基二烯丙基氯化铵均聚物，使混合溶液中PAS的含量以Al2O3计与PDMDAAC的质量比为30:1～35:1；
4)搅拌2小时混合溶液，得到稳定的聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂溶液；
5)聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂溶液放入温度为35℃烘箱内至得到固态聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂。
一种聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂由上述制备工艺获得。
上述聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂作为水处理混凝剂应用于废水处理中。
获得的聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂通过红外光谱分析，发现聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂有聚合态铝存在，说明PAS和PMDDAAC通过化学反应发生了相互作用，引起了PAS和PDMDAAC结构的改变。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
本发明制备获得的聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂在废水处理过程中，在加量相近的情况下的混凝效果比PAS、PDMDAAC、PAC、PAM、三氯化铁这些常规混凝剂的混凝效果都要好，其COD去除率相比增加26.60％～10.89％；色度去除率相比增加46.67％～5％。
本发明获得PAS－PDMDAAC混凝剂复合不是简单的物理性连接，从较为规则的链式排列网状结构且无卷曲分析：PAS在溶液中水解后的羟基铝与二甲基二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的官能团结合形成链式排列的网状结构。这种结构利于混凝剂在混凝过程中网捕和吸附架桥，提高混凝效果。
附图说明
图1为固体PAS-PDMDAAC混凝剂与液体PDMDAAC红外光谱扫描结果图。
图2为液态PAS-PDMDAAC混凝剂的电镜扫描图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂的制备工艺，具体步骤如下：
1)将硫酸铝置于混合釜内，加水调配得到含量以Al2O3计其质量分数为35％～40％的硫酸铝溶液；
2)在70℃搅拌步骤1)获得的硫酸铝溶液，同时滴加质量分数为15％的Na2CO3溶液，控制其盐基度到40％～45％，静止3小时，获得PAS溶液(聚合硫酸铝溶液)；
3)在65℃搅拌步骤2)获得的PAS溶液，加入分子量为20～35万的聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)质量分数计其含量20％～30％的二甲基二烯丙基氯化铵均聚物，使混合溶液中PAS的含量以Al2O3计与PDMDAAC的质量比为30:1～35:1；
4)搅拌2小时混合溶液，得到稳定的聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂溶液；
5)聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂溶液放入温度为35℃烘箱内至得到固态聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂。
一种聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂由上述制备工艺获得。
上述聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂作为水处理混凝剂应用于废水处理中。
为了进一步了解聚合硫酸铝铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂(以下简称：PAS-PDMDAAC复合混凝剂)的混凝能力，在同样条件下将它与聚合硫酸铝(PAS)、聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)、聚合氯化铝(PAC)，聚丙烯酰胺(PAM)、三氯化铁等常规混凝剂进行了对比。实验过程如下：
加入250mL搅拌均匀的钻井废水于1～6号烧杯，在1号烧杯中加入5mL已经复合好的PAS-PDMDAAC混凝剂，在2号烧杯中加入合成的硫酸铝2g，3号烧杯中加入聚丙烯酰胺(PAM)5mL(加量为1000mg/L)，4号加入三氯化铁2g，5号加入PDMDAAC0.62g(加量为1000mg/L)，6号加入PAC2.5mL(加量为1000mg/L)，同时快速搅拌1min，慢速搅拌3min，然后静置。取上清液，测试其COD和色度结果见表1。
表1 不同混凝剂混凝之后的COD和色度变化
在加量相近的情况下，PAS-PDMDAAC复合混凝剂的混凝效果比PAS、PDMDAAC、PAC、PAM、三氯化铁这些常规混凝剂的混凝效果都要好。其COD去除率相比增加26.60％～10.89％；色度去除率相比增加46.67％～5％。
取自然风干的固体聚合硫酸铝铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂，并将样品进行粉碎，取其粉末和KBr压片，压片好了之后就放入设备中进行测量。取液体PDMDAAC，涂在KBr压片的表面，两个样品测量结果见图1。
由图1可知，在3450cm-1、1635cm-1和727cm-1的吸收峰分别归属为PDMDAAC中吸附水中-OH基团的的伸缩振动和面内及面外弯曲振动；波数为2950cm-1、2867cm-1和1477cm-1分别为PDMDAAC中甲基、丙甲基的伸缩振动和弯曲振动吸收峰；3023cm-1、1665cm-1为PDMDAAC中的环状结构中C-H和C-C键的伸缩振动吸收峰；在1102cm-1和937cm-1处分别为C-N键伸缩振动吸收和环状结构中C-H弯曲振动吸收峰。与PDMDAAC相比，PAS-PDMDAAC中3450cm-1处和1635cm-1处的-OH伸缩振动和弯曲振动吸收峰的宽度明显增大且掩盖了部分C-H伸缩振动峰和C-C伸缩振动吸收峰，这是由于PAS引入了一部分羟基化合物。
取实施例1获得的液态PAS-PDMDAAC混凝剂利用液氮冷冻，切片做电镜扫描，由图2所示的扫描图片可得，PAS－PDMDAAC混凝剂复合不是简单的物理性连接，从较为规则的链式排列网状结构且无卷曲分析：AS在溶液中水解后的羟基铝与二甲基二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的官能团结合形成链式排列的网状结构。这种结构利于混凝剂在混凝过程中网捕和吸附架桥，提高混凝效果。
据文献指出，PAS中Al-OH-Al的弯曲振动吸收峰位于625cm-1左右，本发明中合成的PAS-PDMDAAC中的Al-OH-Al吸收峰波数增至680cm-1处，此外，在615cm-1处的较强吸收峰说明产品中有聚合态铝存在，以上现象可初步说明PAS和PMDDAAC通过化学反应发生了相互作用，引起了PAS和PDMDAAC结构的改变。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂的制备工艺，其特征在于具体步骤如下：
1)将硫酸铝置于混合釜内，加水调配得到含量以Al2O3计其质量分数为35％～40％的硫酸铝溶液；
2)在70℃搅拌步骤1)获得的硫酸铝溶液，同时滴加质量分数为15％的Na2CO3溶液，控制其盐基度到40％～45％，静止3小时，获得PAS溶液；
3)在65℃搅拌步骤2)获得的PAS溶液，加入分子量为20～35万的PDMDAAC质量分数计其含量20％～30％的二甲基二烯丙基氯化铵均聚物，使混合溶液中PAS的含量以Al2O3计与PDMDAAC的质量比为30:1～35:1；
4)搅拌2小时混合溶液，得到稳定的聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂溶液；
5)聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂溶液放入温度为35℃烘箱内至得到固态聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂。
2.一种聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂由权利要求1所述的制备工艺获得。
3.权利要求2所述的聚合硫酸铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合混凝剂作为水处理混凝剂应用于废水处理中。
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