CN111573811A - 一种复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备方法，该复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的组成成分包括如下重量份数原料：淀粉聚丙烯酰胺50‑80份、活化硅酸20‑50份、液态聚合氯化铝0.9‑2份、稳定剂0.1‑0.5份、硫酸锌7‑12份、硫酸镁7‑12份、硼砂溶液1‑5份。本发明中，活化硅酸可以增加聚合氯化铝的聚合度，调整聚合氯化铝内部电荷结构，活化硅酸与体系中的铝离子相互作用，生成了聚合体更大的聚合物(聚合氯化铝硅)，聚合氯化铝硅在处理废水的过程中同时具有静电中和、吸附架桥和网捕三种功能，以此增强了复合絮凝剂的絮凝沉降能力，且所得絮凝剂价格相对适中，性价比较高。

Description

一种复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及絮凝剂技术领域，具体涉及一种复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备方法。

背景技术

絮凝剂是目前污水治理中应用最为广泛的一种药剂，絮凝过程是污水处理工艺中不可缺少的关键环节，按其化学成分可分为：无机盐类絮凝剂、有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。絮凝剂与废水处理设备相结合，使废水处理效果更加，有效解决了废水处理难题。

聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂，对水中胶体和颗粒物具有高度电中和及桥联作用，并可强力去除微有毒物及重金属离子，性状稳定，因此，现有技术中，经常采用聚合氯化铝直接投加到废水中进行废水处理，当聚合氯化铝投加到废水中会产生絮状氢氧化物沉淀，这些氢氧化物具有巨大的网状表面结构，且带一定的正电荷，具有一定的静电吸附能力，因此，在沉淀物生成的同事，胶体颗粒物被粘附网捕在沉淀物中而迅速卷扫沉淀。但是，由于聚合氯化铝形成的氢氧化物沉淀的枝杈较短，网中许多地方仍有断开，说明絮凝剂吸附架桥能力较弱，因此，仅使用聚合氯化铝作为絮凝剂，絮凝效果仍比较低下。

阳离子型聚丙烯酰胺是线型高分子化合物，由于它具有多种活泼的基团，可与许多物质亲和、吸附形成氢键，主要是絮凝带负电荷的胶体，阳离子型聚丙烯酰胺具有除浊、脱色、吸附、粘合等功能，适用于建筑、冶金、选矿、水产加工与发酵等行业有机胶体含量较高的废水处理，特别适用于城市污水、城市污泥、造纸污泥及其它工业污泥的脱水处理。但质量稍好的阳离子型聚丙烯酰胺的价格明显高于聚合氯化铝的价格，因此，使得阳离子型聚丙烯酰胺的应用受到了局限，是否能够将阳离子型聚丙烯酰与聚合氯化铝相结合，得到价格适中的絮凝剂，本申请进行了相关研发。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备方法，制得的复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂具有良好的絮凝沉降能力，且所得絮凝剂价格相对适中，性价比较高。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，该复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的组成成分包括如下重量份数原料：淀粉聚丙烯酰胺50-80份、活化硅酸20-50份、液态聚合氯化铝0.9-2份、稳定剂0.1-0.5份、硫酸锌7-12份、硫酸镁7-12份、硼砂溶液1-5份、去离子水90-100份。

优选的，该复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的组成成分包括如下重量份数原料：淀粉聚丙烯酰胺65份、活化硅酸35份、液态聚合氯化铝1.5份、稳定剂0.7份、硫酸锌9份、硫酸镁9份、硼砂溶液3份、去离子水95份。

优选的，所述硼砂溶液的浓度为0.1mol/l。

优选的，所述稳定剂为硫代硫酸铵、次亚磷酸钠、硫氢化钠、焦亚硫酸钠、二乙胺基二硫代甲酸钠中的一种。

一种复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法包括如下几个步骤：

(1)按比例称取液态聚合氯化铝并加入反应釜中，在搅拌速度为700-800r/min的转速条件下对液态聚合氯化铝进行搅拌，同时加入1/4-1/3的活化硅酸，得混合物A，备用；

(2)按比例称取剩余活化硅酸，用稀硫酸调节pH至1.8-2，在室温下以700-800r/min的转速条件下搅拌1-1.5h，再依次分别加入硼砂溶液、硫酸锌、硫酸镁，调节pH至2-2.5，继续搅拌1-2h，使其发生羧基反应，得混合物B；

(3)按比例称取剩余物料，并与混合物A、混合物B混合，以700-800r/min的转速搅拌2-3h，即得复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂。

优选的，所述步骤(1)中Al³⁺/SiO₂的摩尔比为0.08-0.1:1。

本发明的有益效果为：

活化硅酸可以增加聚合氯化铝的聚合度，调整聚合氯化铝内部电荷结构，活化硅酸与体系中的铝离子相互作用，生成了聚合体更大的聚合物(聚合氯化铝硅)，聚合氯化铝硅在处理废水的过程中同时具有静电中和、吸附架桥和网捕三种功能，以此增强了复合絮凝剂的絮凝沉降能力。

Al³⁺含量对聚合氯化铝硅的絮凝效果有重要影响，当体系中Al³⁺/SiO₂的摩尔比小于0.08时，聚合氯化铝硅的电荷中和能力较弱，影响絮凝剂的絮凝效果；当体系中Al³⁺/SiO₂的摩尔比大于0.1时，大量的Al³⁺容易吸附在带负电的胶粒表面使其带正电荷，这样带正电荷的胶粒与聚合氯化铝硅中之间发生排斥作用，不利于聚合氯化铝硅对胶粒的吸附架桥作用，亦影响絮凝剂的絮凝效果，因此，体系中Al³⁺/SiO₂的摩尔比为0.08-0.1：1。

淀粉聚丙烯酰胺是高分子聚合物，溶于水后有较多的活性吸附位点，具有良好的吸附架桥作用，可捕获废水中颗粒形成大而密实的絮体颗粒，增强了复合絮凝剂的絮凝效果。复合絮凝剂体系中还存在部分未反应的聚合氯化铝，此部分聚合氯化铝在水中水解形成多核羧基络合物，具有粘附卷扫与电中和效应，聚合氯化铝与淀粉聚丙烯酰胺复配作用，可进一步提高絮凝效果。

硼砂溶液、硫酸锌、硫酸镁、活化硅酸反应，生成含硼聚硅酸锌镁，含硼聚硅酸锌镁复合于絮凝剂体系中，呈片状结构和网状结构，有利于提升絮凝剂的絮凝效果。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，该复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的组成成分包括如下重量份数原料：淀粉聚丙烯酰胺65份、活化硅酸35份、液态聚合氯化铝1.5份、硫代硫酸铵0.7份、硫酸锌9份、硫酸镁9份、0.1mol/l硼砂溶液3份、去离子水95份。

一种复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法，包括如下几个步骤：

(1)称取1.5份液态聚合氯化铝并加入反应釜中，在搅拌速度为750r/min的转速条件下对液态聚合氯化铝进行搅拌，同时称取并加入17份活化硅酸，得混合物A，备用；

(2)按比例称取剩余活化硅酸，用稀硫酸调节pH至1.9，在室温下以750r/min的转速条件下搅拌1.2h，再依次分别加入硼砂溶液、硫酸锌、硫酸镁，调节pH至2.3，继续搅拌1.5h，使其发生羧基反应，得混合物B；

(3)按比例称取剩余物料，并与混合物A、混合物B混合，以750r/min的转速搅拌2.5h，即得复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂。

实施例2：

一种复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，该复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的组成成分包括如下重量份数原料：淀粉聚丙烯酰胺50份、活化硅酸20份、液态聚合氯化铝0.9份、次亚磷酸钠0.1份、硫酸锌7份、硫酸镁7份、0.1mol/l硼砂溶液1份、去离子水90份。

一种复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法，包括如下几个步骤：

(1)按比例称取液态聚合氯化铝并加入反应釜中，在搅拌速度为700r/min的转速条件下对液态聚合氯化铝进行搅拌，同时称取并加入11.25份活化硅酸，得混合物A，备用；

(2)按比例称取剩余活化硅酸，用稀硫酸调节pH至1.8，在室温下以700r/min的转速条件下搅拌1h，再依次分别加入硼砂溶液、硫酸锌、硫酸镁，调节pH至2，继续搅拌1h，使其发生羧基反应，得混合物B；

(3)按比例称取剩余物料，并与混合物A、混合物B混合，以700r/min的转速搅拌2h，即得复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂。

实施例3：

一种复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，该复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的组成成分包括如下重量份数原料：淀粉聚丙烯酰胺80份、活化硅酸50份、液态聚合氯化铝2份、硫氢化钠0.5份、硫酸锌12份、硫酸镁12份、0.1mol/l硼砂溶液5份、去离子水100份。

一种复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法，包括如下几个步骤：

(1)按比例称取液态聚合氯化铝并加入反应釜中，在搅拌速度为800r/min的转速条件下对液态聚合氯化铝进行搅拌，同时称取并加入20份活化硅酸，得混合物A，备用；

(2)按比例称取剩余活化硅酸，用稀硫酸调节pH至2，在室温下以800r/min的转速条件下搅拌1.5h，再依次分别加入硼砂溶液、硫酸锌、硫酸镁，调节pH至2.5，继续搅拌2h，使其发生羧基反应，得混合物B；

(3)按比例称取剩余物料，并与混合物A、混合物B混合，以800r/min的转速搅拌3h，即得复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂。

对比例1：

本对比例与实施例1之间的区别技术特征在于，未添加活化硅酸。

对比例2：

本对比例与实施例1之间的区别技术特征在于，未添加聚合氯化铝。

对比例3：

本对比例与实施例1之间的区别技术特征在于，絮凝剂制备步骤(1)的体系中Al³⁺/SiO₂的摩尔比为0.05。

对比例4：

本对比例与实施例1之间的区别技术特征在于，絮凝剂制备步骤(1)的体系中Al³⁺/SiO₂的摩尔比为0.06。

对比例5：

本对比例与实施例1之间的区别技术特征在于，絮凝剂制备步骤(1)的体系中Al³⁺/SiO₂的摩尔比为0.07。

对比例6：

本对比例与实施例1之间的区别技术特征在于，絮凝剂制备步骤(1)的体系中Al³⁺/SiO₂的摩尔比为0.11。

对比例7：

本对比例与实施例1之间的区别技术特征在于，絮凝剂制备步骤(1)的体系中Al³⁺/SiO₂的摩尔比为0.12。

对比例8：

本对比例与实施例1之间的区别技术特征在于，絮凝剂制备步骤(1)的体系中Al³⁺/SiO₂的摩尔比为0.13。

对比例9：

本对比例与实施例1之间的区别技术特征在于，未添加淀粉聚丙烯酰胺。

对比例10：

本对比例与实施例1之间的区别技术特征在于，未添加硼砂溶液。

对比例11：

本对比例与实施例1之间的区别技术特征在于，未添加硫酸锌。

对比例12：

本对比例与实施例1之间的区别技术特征在于，未添加硫酸镁。

对比例13：

本对比例与实施例1之间的区别技术特征在于，未添加硼砂溶液、硫酸锌。

对比例14：

本对比例与实施例1之间的区别技术特征在于，未添加硼砂溶液、硫酸镁。

对比例15：

本对比例与实施例1之间的区别技术特征在于，未添加硫酸锌、硫酸镁。

净水试验：量取1000mL混浊水样，平均分为18组，18组水样均同时在转速为400r/min的条件下搅拌30s，并分别将实施例1-3、对比例1-15中制备的絮凝剂加入18组水样中，检测各絮凝剂的絮凝效果，结果见表1。

表1实施例1-3、对比例1-15中制备的絮凝剂的絮凝效果检测

综上所述，活化硅酸可以增加聚合氯化铝的聚合度，调整聚合氯化铝内部电荷结构，活化硅酸与体系中的铝离子相互作用，生成了聚合体更大的聚合物(聚合氯化铝硅)，聚合氯化铝硅在处理废水的过程中同时具有静电中和、吸附架桥和网捕三种功能，以此增强了复合絮凝剂的絮凝沉降能力。

Al³⁺含量对聚合氯化铝硅的絮凝效果有重要影响，当体系中Al³⁺/SiO₂的摩尔比小于0.08时，聚合氯化铝硅的电荷中和能力较弱，影响絮凝剂的絮凝效果；当体系中Al³⁺/SiO₂的摩尔比大于0.1时，大量的Al³⁺容易吸附在带负电的胶粒表面使其带正电荷，这样带正电荷的胶粒与聚合氯化铝硅中之间发生排斥作用，不利于聚合氯化铝硅对胶粒的吸附架桥作用，亦影响絮凝剂的絮凝效果，因此，体系中Al³⁺/SiO₂的摩尔比为0.08-0.1：1。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，其特征在于，该复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的组成成分包括如下重量份数原料：淀粉聚丙烯酰胺50-80份、活化硅酸20-50份、液态聚合氯化铝0.9-2份、稳定剂0.1-0.5份、硫酸锌7-12份、硫酸镁7-12份、硼砂溶液1-5份、去离子水90-100份。

2.根据权利要求1所述的复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，其特征在于，该复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的组成成分包括如下重量份数原料：淀粉聚丙烯酰胺65份、活化硅酸35份、液态聚合氯化铝1.5份、稳定剂0.7份、硫酸锌9份、硫酸镁9份、硼砂溶液3份、去离子水95份。

3.根据权利要求1所述的复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，其特征在于，所述硼砂溶液的浓度为0.1mol/l。

4.根据权利要求1所述的复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，其特征在于，所述稳定剂为硫代硫酸铵、次亚磷酸钠、硫氢化钠、焦亚硫酸钠、二乙胺基二硫代甲酸钠中的一种。

5.一种根据权利要求1-4中任意一项所述的复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下几个步骤：

(1)按比例称取液态聚合氯化铝并加入反应釜中，在搅拌速度为700-800r/min的转速条件下对液态聚合氯化铝进行搅拌，同时加入1/4-1/3的活化硅酸，得混合物A，备用；

(2)按比例称取剩余活化硅酸，用稀硫酸调节pH至1.8-2，在室温下以700-800r/min的转速条件下搅拌1-1.5h，再依次分别加入硼砂溶液、硫酸锌、硫酸镁，调节pH至2-2.5，继续搅拌1-2h，使其发生羧基反应，得混合物B；

(3)按比例称取剩余物料，并与混合物A、混合物B混合，以700-800r/min的转速搅拌2-3h，即得复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂。

6.根据权利要求5所述的复合型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中Al³⁺/SiO₂的摩尔比为0.08-0.1:1。