CN107573448A

CN107573448A - 一种利用紫外光及过氧化氢体系引发合成有机高分子絮凝剂的方法

Info

Publication number: CN107573448A
Application number: CN201710822645.7A
Authority: CN
Inventors: 郑怀礼; 刘永芝; 谢俊怡; 王莫茜; 曲雯琪; 安延严; 周慧; 陈笑越
Original assignee: Chongqing No1 Middle School; Chongqing University
Current assignee: Chongqing No1 Middle School; Chongqing University
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2018-01-12

Abstract

本发明涉及一种利用紫外光及过氧化氢体系引发合成有机高分子絮凝剂的方法，它在单体丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酸钠中，加入超纯水，用氢氧化钠溶液和氯化氢溶液调节反应体系的pH值，再向体系中加入一定质量浓度的过氧化氢溶液，并搅拌均匀，最后在紫外光照射下引发聚合反应,经聚合反应生成胶状聚合物。本发明的引发聚合时间短、合成的有机高分子絮凝剂分子量大、环保经济、不需加热或降温控制,这样简化了生产工艺,降低了能耗,减少了生产成本。

Description

一种利用紫外光及过氧化氢体系引发合成有机高分子絮凝剂的方法

技术领域

本发明涉及有机高分子絮凝剂的合成方法，具体涉及一种利用紫外光及过氧化氢体系引发合成有机高分子絮凝剂的方法。

背景技术

混凝是通过向废水中投加混凝剂，破坏胶体的稳定性，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚成较粗大的颗粒而沉降与水分离，使废水得到净化，还能改善污泥的脱水性能。在给水处理中，混凝过程可以降低水的浊度和色度，去除多种高分子有机物、某些重金属和放射性物质。目前常用的混凝剂按化学组成可分为无机盐类和有机高分子类。其中，有机高分子絮凝剂分子量大,吸附架桥能力强，具有多个官能团，投加量少且絮凝效果好，形成的絮凝体易沉淀，产泥量少且容易处理。可针对处理废水的性质不同开发带有特定官能团、带电性和分子量的有机高分子絮凝剂，因此其应用前景广泛。

目前我国的有机高分子絮凝剂合成方法主要分为水溶液聚合法、反相乳液、反相悬浮聚合法、碱性水解法、微波聚合法等。这些合成方法中，大多数通过加热的方式引发，它们存在的主要缺点是1、引发聚合时间长，如公开号为CN101249996的专利“一种有机高分子絮凝剂及其制备方法”，通过聚合反应制得水溶性有机高分子絮凝剂，其耗时4～14h，引发聚合时间较长。又如公开号为CN104761038A的专利“有机高分子絮凝剂的制备方法、无机-有机高分子复合混凝剂的制备方法与应用”，是通过绝热聚合反应制得阴离子聚丙烯酰胺，其耗时3～6h，聚合时间也较长。2、引发过程中需要控制温度，一般需要加热，增加了生产成本，且能耗过高。如公开号为CN103723811A的专利“一种合成有机高分子絮凝剂的工艺”，需要加热控制到50～70℃的条件下进行聚合反应；又如公开号为CN105646747A的专利“控制甲醛浓度的有机高分子絮凝剂合成工艺”，需要加热控制到60～80℃的条件下进行聚合反应。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种利用紫外光及过氧化氢体系引发合成有机高分子絮凝剂的方法，解决引发效率低，温度控制要求高的问题。

实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种利用紫外光及过氧化氢体系引发合成有机高分子絮凝剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)配制有机单体水溶液：称取有机单体，加入超纯水，搅拌均匀，配制出总单体的按质量百分浓度为15％～35％的水溶液；

2)pH值调整和处理：用氢氧化钠溶液和氯化氢溶液调节步骤1)所述有机单体水溶液体系的pH值为4～8，搅拌均匀；再加入以单体质量的1‰～2.5‰的过氧化氢溶液，并搅拌均匀；

3)在室内环境温度下，将上述配制好的反应瓶放置在反应平台上，用高压紫外灯照射下进行引发，聚合时间控制在20～40min，制得无色透明的胶状聚合物质；

4)将所述的胶状聚合物质，经过剪碎造粒、烘干、研磨后，可制得有机高分子絮凝剂白色固体粉末。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、引发聚合时间短，合成的有机高分子絮凝剂分子量大。由于本发明采用的是紫外光引发聚合，过氧化氢在一定波长的紫外光下能够加快化学键的断裂，产生羟基自由基，进行自由基聚合，所以能够大大缩短引发聚合时间，其引发聚合时间最低30min，合成的有机高分子絮凝剂分子量可达900多万。

2、常温下即可反应，不需加热或降温控制，在环境温度下聚合，且不用向体系中充氮气，由此简化了生产工艺，降低了能耗，减少了生产成本。

3、引发方式环保、经济，本发明采用紫外光及过氧化氢体系引发聚合产生羟基自由基，无其他有毒副产物，且采用的市售过氧化氢价格较其它引发剂低廉。

4、操作简便；生产成本较低。可广泛应用于给水、排水等水处理领域，既可用于水质净化，也可用于污泥处理。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

本发明的构思是在三种单体丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和丙烯酸钠水溶液中，先调节反应体系的pH值，再加入过氧化氢溶液，在一定波长的紫外光的照射下引发聚合反应，经聚合反应生成胶状物质。本发明所用材料均为市售，价格低廉，可直接购买。

一、利用紫外光及过氧化氢体系引发合成有机高分子絮凝剂的方法

以下实施例中，聚合反应使用的室内环境温度为5℃～40℃室内温度。过氧化氢溶液为质量浓度为30％的水溶液经稀释100倍配制的稀溶液。

实施例1：

1)配制有机单体水溶液：称取丙烯酰胺10g，加入超纯水25mL，搅拌均匀，配制出质量浓度为25％的有机单体水溶液；

2)在以上配制出的有机单体水溶液中，用氢氧化钠溶液和氯化氢溶液调节体系的pH值为6，并搅拌均匀；加入丙烯酰胺单体质量1.7‰的过氧化氢溶液(稀释100倍的过氧化氢溶液应取5mL)搅拌均匀；

3)在室内环境温度下，将上述配制好的反应瓶放置在反应平台上，用高压汞灯照射下进行引发，其紫外光主波长365nm，紫外光照强度为600μm/cm²，进行聚合反应30min，制得无色透明的胶状聚合物质；

4)将上述的胶状聚合物质经过剪碎、造粒、烘干、研磨后，制得有机高分子絮凝剂白色固体粉末。

测得该物质的分子量为816万，固含量为24.7％。

实施例2：

1)配制有机单体水溶液：称取丙烯酰胺8g，加入超纯水27.5mL，搅拌均匀，配制出总单体的质量浓度为20％的水溶液；

2)在以上配制出的有机单体水溶液中，用氢氧化钠溶液和氯化氢溶液调节体系的pH值为7，并搅拌均匀；加入丙烯酰胺单体质量1.5‰的过氧化氢溶液(稀释100倍的过氧化氢溶液应取4.5mL)，搅拌均匀；

3)在室内环境温度下，将上述配制好的反应瓶放置在反应平台上，用高压汞灯照射下进行引发，其紫外光主波长365nm，紫外光照强度为500μm/cm²，进行聚合反应30min，制得无色透明的胶状聚合物质；

4)将上述的胶状聚合物质经过剪碎造粒、烘干、研磨后制得有机高分子絮凝剂白色固体粉末。

测得该物质的分子量为328万，固含量为21.6％。

实施例3：

1)配制有机单体水溶液：称取丙烯酰胺8g，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵与丙烯酰胺的单体质量比取3：7，即丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵质量3g；加入超纯水21.2mL，搅拌均匀，配制出总单体的质量浓度为32.5％的水溶液；

2)在以上配制出的有机单体水溶液中，用氢氧化钠溶液和氯化氢溶液，调节体系的pH值为5，并搅拌均匀；加入总单体质量1.5‰的过氧化氢溶液(稀释100倍的过氧化氢溶液应取5.8mL)，搅拌均匀；

3)在室内环境温度下，将上述配制的反应瓶放置在反应平台上，用高压汞灯照射下进行引发，其紫外光主波长365nm，紫外光照强度为800μm/cm²，进行聚合反应45min，制得无色透明的胶状聚合物质；

4)将上述的胶状聚合物质，经过剪碎造粒、烘干、研磨后制得有机高分子絮凝剂白色固体粉末。

测得该物质的分子量为528万，固含量为35.2％。

实施例4：

1)配制有机单体水溶液：称取丙烯酰胺12g，丙烯酸钠与丙烯酰胺的单体质量比取1：9，即丙烯酸钠质量为1.5g，加入超纯水18.5mL，搅拌均匀，配制出总单体的质量浓度为41.2％的水溶液；

2)在以上配制出的有机单体水溶液中，用氢氧化钠溶液或氯化氢溶液，调节体系的pH值为6，并搅拌均匀；加入有机单体质量浓度为1‰的过氧化氢溶液(稀释100倍的过氧化氢溶液应取5mL)，搅拌均匀；

3)在室内环境温度下，将上述配制的反应瓶放置在反应平台上，用高压汞灯照射下进行引发，其紫外光主波长365nm，紫外光照强度为1000μm/cm²，进行聚合反应35min，制得无色透明的胶状聚合物质。

测得该物质的分子量为630万，固含量为36.7％。

本发明有机高分子絮凝剂为丙烯酰胺合成非离子型絮凝剂；其中，丙烯酰胺单体质量浓度控制在15％～35％，用于合成非离子聚丙烯酰胺。丙烯酸钠单体与丙烯酰胺单体质量比控制在1：9～3：7，总单体质量浓度控制在15％～35％，用于合成阴离子聚丙烯酰胺。丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体与丙烯酰胺单体质量比控制在1：9～4：6，总单体质量浓度为15％～35％，用于合成阳离子聚丙烯酰胺。

二、絮凝性能测试

将上述实施实例1～4制备的有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺用于高岭土悬浮液浊度的去除。测试不同投加量和pH值下浊度的去除效果。

浊度采用哈希浊度计测定：浊度去除率＝1-处理后高岭土悬浮液的浊度/处理前高岭土悬浮液的浊度

配制0.3g/L的高岭土悬浮液(pH＝6.5，浊度为166NTU)，取500mL置于烧杯中，聚丙烯酰胺溶解为的浓度1mg/L的溶液，向烧杯中投加絮凝剂。投加量对浊度去除效果的探究中(表1)，投加量控制在0.5～6mg/L，pH控制在6.5～7；pH对浊度去除效果的探究中(表2)，pH控制在2～12，投加量控制在1mg/L；六联搅拌器程序设置为快速搅拌3min，慢速搅拌15min，最后静置15min，测试处理后的上清液浊度。

表1是投加量对浊度去除效果的影响。由表1可以看出，本发明制备的聚丙烯酰胺具有较好的浊度去除效果，其浊度去除率可达96％，不同分子量的聚丙烯酰胺具有不同的最佳投加量，但相对于市售的300万分子量的聚丙烯酰胺，本发明合成的3聚丙烯酰胺在浊度去除率上可提高5％～22％。

表1

另外，表2是pH值对浊度去除效果的影响。由表2可以看出，pH为6时浊度去除效果最好，与市售的聚丙烯酰胺相比，在不同的pH值下，浊度去除率可提高3％～20％。

表2

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种利用紫外光及过氧化氢体系引发合成有机高分子絮凝剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）配制有机单体水溶液：称取有机单体，加入超纯水，搅拌均匀，配制出总单体的按质量百分浓度为15%~35%的水溶液；

2）pH值调整和处理：用氢氧化钠溶液和氯化氢溶液调节步骤1）所述有机单体水溶液体系的pH值为4~8，搅拌均匀；再加入以单体质量的1‰~2.5‰的过氧化氢溶液，并搅拌均匀；

3）在室内环境温度下，将上述配制好的反应瓶放置在反应平台上，用高压紫外灯照射下进行引发，聚合时间控制在20~40min，制得无色透明的胶状聚合物质；

4）将所述的胶状聚合物质，经过剪碎造粒、烘干、研磨后，可制得有机高分子絮凝剂白色固体粉末。

2.根据权利要求1所述合成有机高分子絮凝剂的方法，其特征在于，所述有机单体为丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和/或丙烯酸钠。

3.根据权利要求1所述合成有机高分子絮凝剂的方法，其特征在于，所述过氧化氢溶液，由质量浓度为30%的过氧化氢溶液，加入去离子水，稀释混合均匀制得。

4.根据权利要求1所述合成有机高分子絮凝剂的方法，其特征在于，所述的反应平台为旋转反应平台，目的是使反应液在聚合过程中受光均匀，得到分子量分布均匀的产品。

5.根据权利要求1所述合成有机高分子絮凝剂的方法，其特征在于，所述的紫外光由高压汞灯产生，其紫外光主波长365nm，紫外光照强度控制在400μm/cm²~1000μm/cm²。