CN106008822A - 一种壳聚糖改性的聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备方法 - Google Patents

一种壳聚糖改性的聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种壳聚糖改性的聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：(1)分别配置一定浓度的壳聚糖溶液、丙烯酰胺溶液、引发剂溶液、胺溶液和甲醛溶液；(2)在常压条件下，向反应釜中加入壳聚糖溶液和丙烯酰胺溶液温度升至45‑50℃，持续通氮20‑40min；(3)加入引发剂溶液、胺溶液和甲醛溶液，混合均匀，保持体系温度为45‑50℃，保温反应8‑12h；(4)保温后，加入离子水，搅拌均匀，出料即得。本发明的制备方法反应条件温和，工艺简单，操作方便；制备的改性絮凝剂的分子量、废水化学耗氧量和固体悬浮物(SS)去除率较高，具有优异的絮凝效果和良好的应用性能。

Description

一种壳聚糖改性的聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备方法
技术领域
本发明属于水溶性高分子合成领域，涉及一种废水处理剂，尤其涉及一种壳聚糖改性的聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备方法。
背景技术
絮凝剂按照化学成分可以分为无机絮凝剂和有机絮凝剂，其中高分子有机絮凝剂，以聚丙烯酰胺絮凝剂为代表，具有用量少、絮凝效果好以及沉淀过滤速度快等优点，应用前途广阔，发展非常迅速。聚丙烯酰胺的絮凝效果，主要受阳离子度和分子量决定。通常情况下，分子量越高，絮凝效果越好。聚丙烯酰胺絮凝剂的分子量范围很广，从几十万到几百万，几千万不等。
聚丙烯酰胺絮凝的絮凝机理为，分子量越大，才能形成足够长度的分子链，在溶液中的伸展度越大，架桥能力也相应加强，絮凝效果越好。中国专利CN1506385A、CN102690389、CN1542027A以及CN102731699A等都通过开发新的引发体系来制备超高分子量聚丙烯酰胺。轻度交联是增加聚合物分子量的常用办法，中国专利CN102532409和200410044187.1分别采用了交联单体N,N-二甲基双丙烯酰胺和增链剂伯胺及叔胺的化合物来提高分子量，然而该方法仍然不能获得高分子量，同时，较活泼的交联单体的加入，使聚合过程容易产生凝胶。
发明内容
本发明为解决现有技术中的上述问题，提出一种用于废水处理的壳聚糖改性的聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备方法。
本发明以传统的改性法制备阳离子聚丙烯酰胺为基础，通过将壳聚糖氧化开环，再和丙烯酰胺接枝共聚，提高了产物的分子量，从而制备出高性能的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，获得了高分子量的阳离子聚丙烯酰胺，使得制备出来的产物具有优异的絮凝效果。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一个方面是提一种壳聚糖改性的聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)分别配置质量浓度为5％的壳聚糖溶液，质量浓度为1％的丙烯酰胺溶液，质量浓度为3％的引发剂溶液，质量浓度为2％的胺溶液，质量浓度为1％的甲醛溶液；
(2)在常压条件下，将重量份数的壳聚糖溶液50-80份和丙烯酰胺溶液150-200份加入反应釜中，温度升至45-50℃，持续通氮20-40min；
(3)加入1-5份引发剂溶液、30-50份胺溶液和5-20份甲醛溶液，混合均匀，保持体系温度为45-50℃，保温反应8-12h；
(4)保温完毕后，加入10-50份去离子水，搅拌，使体系恢复流动性，至体系均匀，出料即得壳聚糖改性的聚丙烯酰胺絮凝剂。
进一步地，按重量份数计，各原料的用量配比为：壳聚糖溶液60-70份、丙烯酰胺溶液170-180份、引发剂溶液2-3份、胺溶液35-45份、甲醛溶液10-15份、去离子水20-30份。
进一步地，按重量份数计，各原料的用量配比为：壳聚糖溶液65份、丙烯酰胺溶液175份、引发剂溶液2.5份、胺溶液40份、甲醛溶液13份、去离子水25份。
进一步地，所述原料还包括1-2重量份的葡萄糖改性剂和2-3重量份的氧化钡表面活性剂，优选地，所述葡萄糖改性剂的用量为1.5份，所述氧化钡的用量为2.5份，以进一步地提高硬脂酸钙润滑剂的稳定性和润滑效果。
进一步地，于所述步骤(2)中加入1-2份的葡萄糖改性剂，于步骤(3)中加入2-3份的氧化钡表面活性剂。
进一步地，所述步骤(2)中反应条件为温度升至47-48℃、常压通氮气30min。
进一步地，所述壳聚糖溶液、丙烯酰胺溶液、引发剂溶液、胺溶液和甲醛溶液分别为壳聚糖、丙烯酰胺、引发剂、胺和甲醛与去离子水配置而成。
进一步地，所述引发剂选自过硫酸钠-硫代硫酸钠，过硫酸钠-亚硫酸钠，过硫酸钾-亚硫酸氢钠中的一种或者多种；优选地，所述引发剂为过硫酸钠-硫代硫酸钠和过硫酸钾-亚硫酸氢钠按质量比1：05-1的混合物。
进一步地，所述胺选自二甲胺、二乙胺、甲基乙基胺、乙二胺中的一种或者多种；优选地，所述胺为二甲胺甲基乙基胺和乙二胺按质量比1：1-2的混合物。
进一步地，所述壳聚糖的数均分子量为10万-20万；优选地，所述壳聚糖的数均分子量为17万-19万。
本发明的第二个方面是提供一种采用上述方法制备的壳聚糖改性的聚丙烯酰胺絮凝剂。
进一步地，所述聚糖改性的聚丙烯酰胺絮凝剂的粘度为7500-1000cps；废水化学耗氧量去除率达60％，固体悬浮物去除率可达80％。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明方法采用丙烯酰胺和壳聚糖位原料，以传统溶液型阳离子聚丙烯酰胺制备工艺为基础，在一定的催化反应条件下，壳聚糖和醛充分的反应，生成醛基纤维素，再通过希夫碱路径与丙烯酰胺开环聚合，使得丙烯酰胺和壳聚糖共聚交联制备出高分子量的聚丙烯酰胺的改性絮凝剂，具有优异的絮凝效果；本发明的制备方法，和现在的其他发明相比，反应条件温和，大大减少了反应步骤，便于人工操作。
具体实施方式
本发明以传统的改性法制备阳离子聚丙烯酰胺为基础，通过将壳聚糖氧化开环，再和丙烯酰胺接枝共聚，提高了产物的分子量，从而制备出高性能的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂。
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例1壳聚糖改性的聚丙烯酰胺絮凝剂的制备
将丙烯酰胺溶液200g，加入反应釜，再加5％壳聚糖溶液60g，并将体系温度升至45-50℃；抽真空通氮驱氧，然后持续通氮30min；加入过硫酸钠-亚硫酸氢钠溶液3g，加入甲醛溶液10g，加入二甲胺溶液35g，混合均匀，保持体系温度45-50℃之间，反应10小时；保温完毕后，加入蒸馏水，开动搅拌，体系恢复流动性，继续搅拌至体系均匀即可出料。
实施例2壳聚糖改性的聚丙烯酰胺絮凝剂的制备
将丙烯酰胺溶液250g，加入反应釜，再加5％壳聚糖溶液70g，并将体系温度升至45-50℃；抽真空通氮驱氧，然后持续通氮30min；加入过硫酸钾-亚硫酸氢钠溶液3g，加入甲醛溶液15g，加入二乙胺溶液30g，混合均匀，保持体系温度45-50℃之间，反应10小时；保温完毕后，加入蒸馏水，开动搅拌，体系恢复流动性，继续搅拌至体系均匀即可出料。
实施例3壳聚糖改性的聚丙烯酰胺絮凝剂的制备
将丙烯酰胺溶液250g，加入反应釜，再加5％壳聚糖溶液60g，葡萄糖1.5g，并将体系温度升至45-50℃；抽真空通氮驱氧，然后持续通氮30min；加入过硫酸铵-亚硫酸氢钠溶液5g，加入甲醛溶液20g，加入乙二胺溶液40g，氧化钡2.5g，混合均匀，保持体系温度45-50℃之间，反应10小时；保温完毕后，加入蒸馏水，开动搅拌，体系恢复流动性，继续搅拌至体系均匀即可出料。
表1.絮凝剂的粘度及处理造纸废水指标
絮凝剂 粘度/cps VOC去除率/％ SS去除率/％
实施例1 8100 51.3 79.8
实施例2 7500 46.7 64.5
实施例3 9800 59.3 85.3
对比絮凝剂1 5100 28.5 51.2
对比絮凝剂2 4700 21.2 40.1
对比絮凝剂1和对比絮凝剂2为山东某厂家聚丙烯酰胺絮凝剂产品。
由上述实施例和对比例应用例可知，本发明所用方法合成的絮凝剂具有更高的粘度，表明其分子量更高，废水化学耗氧量(VOC)和固体悬浮物(SS)去除率更高，具有更好的应用性能。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种壳聚糖改性的聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)分别配置质量浓度为5％的壳聚糖溶液，质量浓度为1％的丙烯酰胺溶液，质量浓度为3％的引发剂溶液，质量浓度为2％的胺溶液，质量浓度为1％的甲醛溶液；
(2)在常压条件下，将重量份数的壳聚糖溶液50-80份和丙烯酰胺溶液150-200份加入反应釜中，温度升至45-50℃，持续通氮20-40min；
(3)加入1-5份引发剂溶液、30-50份胺溶液和5-20份甲醛溶液，混合均匀，保持体系温度为45-50℃，保温反应8-12h；
(4)保温完毕后，加入10-50份去离子水，搅拌，至体系均匀，出料即得壳聚糖改性的聚丙烯酰胺絮凝剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按重量份数计，各原料的用量配比为：壳聚糖溶液60-70份、丙烯酰胺溶液170-180份、引发剂溶液2-3份、胺溶液35-45份、甲醛溶液10-15份、去离子水20-30份。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂选自过硫酸钠-硫代硫酸钠，过硫酸钠-亚硫酸钠，过硫酸钾-亚硫酸氢钠中的一种或者多种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述胺选自二甲胺、二乙胺、甲基乙基胺、乙二胺中的一种或者多种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖的数均分子量为10万-20万。
6.一种如权利要求1-5任一项所述方法制备的壳聚糖改性的聚丙烯酰胺絮凝剂。
7.根据权利要求6所述的壳聚糖改性的聚丙烯酰胺絮凝剂，其特征在于，所述聚糖改性的聚丙烯酰胺絮凝剂的粘度为7500-1000cps。
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