CN1187468A - 一种两性聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种两性聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备方法,该絮凝剂是由(见附图)相互链接构成的三元共聚物。在制备絮凝剂的过程中增添氨羧螯合剂和水溶性偶氮类引发剂,在简化操作的同时,使制备的絮凝剂具有较大的絮凝体直径和较低的滤饼含水率,应用广泛,有利于保护生态环境。

Description

一种两性聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备方法

本发明涉及采用高分子化合物絮凝悬浮杂质的废水处理技术领域，具体是一种两性聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备方法。

在水处理过程中，目前广泛使用的高分子絮凝剂是在聚丙烯酰胺的组成中含有酯类型(如二甲胺基甲基丙烯酸酯)的季铵盐或盐酸盐的阳离子絮凝剂。这种絮凝剂对富含有机物的生产、生活废水的处理，存在脱水滤饼含水率高、絮凝体强度弱(即悬浊物回收率低)等问题，难以获得充分的脱水效果。日特开昭58-215454号专利公开了一种阳离子高分子絮凝剂和阴离子高分子絮凝剂共用的方法；李万捷等人在1994年的《水处理技术》20(1)：33上也提出了一种使用曼尼希(Mannich)改性的两性聚丙烯酰胺絮凝剂的方法。这些方法由于采用阴、阳离子同时作用，使脱水效果得到了一定的改善。但仍旧存在一些问题：1.上述絮凝剂在不同使用场合下，各成分混合比的选定和混合操作十分繁琐；2.在经曼尼希改性的两性聚丙烯酰胺絮凝剂中，阳离子在pH值高时容易分解，因而贮存稳定性不好，不适于处理高pH值的废水，从而限制了其使用范围。

本发明的目的，在于克服现有技术中存在的聚丙烯酰胺类絮凝剂脱水效果差、成分选定和混合操作繁琐、性能不稳定的缺点，通过增添螯合剂和水溶性偶氮类引发剂，提供一种性能稳定、操作简单、使用范围广泛、脱水效果好的两性聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备方法。

一种两性聚丙烯酰胺絮凝剂，其特征在于，它是由

结构单元

结构单元

和(X可以是H、K、Na和NH₄)

结构单元

相互链接构成的阴、阳离子基团比例为1∶1.5～1∶20的三元共聚物，其质量百分比浓度为1％的纯水溶液粘度范围为250～10,000mPa·s。

一种两性聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法，其特征在于，本发明的方法包括以下步骤及其工艺条件：

步骤1.在反应釜中，加入蒸馏水和20～60mol％的丙烯酰胺(AM)，开动搅拌；

加入30～70mol％的甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(DMC)和＞0～20mol％的丙烯酸(AA)，使单体质量百分比总浓度为10～60％、水溶液pH值为4.5～6.5，控温至25～60℃，通氮气10分钟；

步骤2.加入＞0～＜100ppm的氨羧螯合剂、相对单体总质量0.01％～1.0％的水溶性偶氮类引发剂和相对单体总质量0.0001％～0.1％的水溶性氧化剂以及相对单体总质量0.001％～5％的水溶性还原剂，搅拌均匀；

步骤3.保持同一温度，继续聚合2～24小时，即得本发明的一种两性聚丙烯酰胺絮凝剂。

本发明的方法，是将内烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵等单体混合物共聚合，根据实际情况的需要，进行后中和。聚合反应在螯合剂存在的条件下进行，从而避免了单体和溶剂中的金属离子对共聚合的阻聚作用。同时，本发明将水溶性氧化—还原引发体系作为低温引发体系，又将水溶性偶氮类引发剂作为后期促进剂，这样既可使制备的絮凝剂有足够高的分子量，又可减少絮凝剂中游离单体的含量，以提高单体的转化率。当将脲作为氧化—还原引发体系中的还原剂时，也可作为絮凝剂的增溶剂使用。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明的制备方法使用水溶性氧化—还原引发体系作为低温引发体系，同时将水溶性偶氮类引发剂作为后期促进剂，使制备的絮凝剂有足够高的分子量，并减少了产物中游离单体的含量，从而提高了单体的转化率。

2.本发明的制备方法由于加入了螯合剂，避免了存在于单体和溶剂中的金属离子对聚合的阻聚作用。

3.本发明的制备方法操作简单，反应条件温和，宜于推广应用。

4.本发明的絮凝剂利用阴、阳离子基团的协同作用，使其具有较大的絮凝体直径和较低的滤饼含水率，与我国现在广泛应用的CPA-III型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂相比，絮凝物直径增大0.5～3.5mm，滤饼含水率则低了0.5～5.5个百分点，在燃烧处理滤饼时可以节约燃料5～55％，同时可以广泛应用于pH值为2～12的各类废水，且性能稳定，絮凝、脱水效果好，节约能源，有利于保护生态环境，具有明显的经济效益和社会效益。各实施例取得的有关数据见表1、2。

结合实施例，对本发明进一步说明如下：

实施例一

步骤1.在容量为1升的夹套反应釜中，加入500克蒸馏水和13.6克20mol％的丙烯酰胺(AM)，开动搅拌；

加入139.5克70mol％的甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(DMC)和6.9克10mol％的丙烯酸(AA)，通过超级恒温水浴控温至37℃，通氮气10分钟。

步骤2.加入含0.064克乙二胺四乙酸二钠的水溶液40克、含0.100克2，2′-偶氮(2-脒基丙烷)二盐酸盐的水溶液50克、含0.011克过硫酸铵的水溶液25克和含0.032克甲醛次硫酸氢钠的水溶液25克，搅拌均匀。

步骤3.保持同一温度，继续聚合8小时，即得本发明的一种两性聚丙烯酰胺絮凝剂。

实施例二

步骤1.在容量为1升的夹套反应釜中，加入400克蒸馏水和48.9克40mol％的丙烯酰胺(AM)，开动搅拌；

加入178.7克50mol％的甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(DMC)和12.4克10mol％的丙烯酸(AA)，通过超级恒温水浴控温至30℃，通氮气10分钟。

步骤2.加入含0.016克乙二胺四乙酸二钠的水溶液60克、含0.240克2，2′-偶氮(2-脒基丙烷)二盐酸盐的水溶液50克、含0.024克过硫酸铵的水溶液25克和含0.120克脲的水溶液25克，搅拌均匀。

步骤3.保持同一温度，继续聚合12小时，即得本发明的一种两性聚丙烯酰胺絮凝剂。

实施例三

步骤1.在容量为1升的夹套反应釜中，加入500克蒸馏水和60.8克60mol％的丙烯酰胺(AM)，开动搅拌；

加入88.9克30mol％的甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(DMC)和10.3克10mol％的丙烯酸(AA)，通过超级恒温水浴控温至42℃，通氮气10分钟。

步骤2.加入含0.032克乙二胺四乙酸二钠的水溶液40克、含0.266克2，2′-偶氮(2-脒基丙烷)二盐酸盐的水溶液50克、含0.011克过硫酸铵的水溶液25克和含0.032克甲醛次硫酸氢钠的水溶液25克，搅拌均匀。

步骤3.保持同一温度，继续聚合6小时，即得本发明的一种两性聚丙烯酰胺絮凝剂。

实施例四

步骤1.在容量为1升的夹套反应釜中，加入500克蒸馏水和46.2克50mol％的丙烯酰胺(AM)，开动搅拌；

加入102.6克38mol％的甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(DMC)和11.2克12mol％的丙烯酸(AA)，通过超级恒温水浴控温至37℃，通氮气10分钟。

步骤2.加入含0.008克乙二胺四乙酸的水溶液40克、含0.266克2，2′-偶氮(2-脒基丙烷)二盐酸盐的水溶液50克、含0.012克过硫酸钾的水溶液25克和含0.026克脲的水溶液25克，搅拌均匀。

步骤3.保持同一温度，继续聚合24小时，即得本发明的一种两性聚丙烯酰胺絮凝剂。

实施例五

步骤1.在容量为1升的夹套反应釜中，加入500克蒸馏水和36.7克45mol％的丙烯酰胺(AM)，开动搅拌；

加入119.2克50mol％的甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(DMC)和4.1克5mol％的丙烯酸(AA)，通过超级恒温水浴控温至37℃，通氮气10分钟。

步骤2.加入含0.032克乙二胺四乙酸二钠的水溶液40克、含0.533克2，2′-偶氮[2-(N-正丁基)脒基丙烷]二盐酸盐的水溶液50克、含0.012克过硫酸钾的水溶液25克和含2.580克脲的水溶液25克，搅拌均匀。

步骤3.保持同一温度，继续聚合8小时，即得本发明的一种两性聚丙烯酰胺絮凝剂。

实施例六

步骤1.在容量为1升的夹套反应釜中，加入300克蒸馏水和101.3克50mol％的丙烯酰胺(AM)，开动搅拌；

加入177.6克30mol％的甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(DMC)和41.1克20mol％的丙烯酸(AA)，通过超级恒温水浴控温至30℃，通氮气10分钟。

步骤2.加入含0.016克乙二胺四乙酸二钠的水溶液80克、含0.533克2，2′-偶氮(2-脒基丙烷)二盐酸盐的水溶液50克、含0.005克过硫酸铵的水溶液25克和含0.016克甲醛次硫酸氢钠的水溶液25克，搅拌均匀。

步骤3.保持同一温度，继续聚合12小时，即得本发明的一种两性聚丙烯酰胺絮凝剂。

实施例七

步骤1.在容量为1升的夹套反应釜中，加入400克蒸馏水和78.6克58mol％的丙烯酰胺(AM)，开动搅拌；

加入1586克40mol％的甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(DMC)和28克2mol％的丙烯酸(AA)，通过超级恒温水浴控温至50℃，通氮气10分钟。

步骤2.加入含0.016克乙二胺四乙酸二钠的水溶液60克、含0.400克2，2′-偶氮[2-(N-苄基)脒基丙烷]二盐酸盐的水溶液50克、含0.120克过硫酸铵的水溶液25克和含0.360克甲醛次硫酸氢钠的水溶液25克，搅拌均匀。

步骤3.保持同一温度，继续聚合4小时，即得本发明的一种两性聚丙烯酰胺絮凝剂。

使用各实施例制备的絮凝剂，对广州市大坦沙污水处理厂的生化污泥进行处理，该厂的污水成份以生活废水和工业废水为主，生化污泥固含量为4.1％，pH值为7.5，样品对生化污泥中固体成份的添加量为1.22％。处理的数据见下表：

                                                                 表1

	DMC/AA/AM组成(mol％)	胶体电荷密度(meq/g)pH3     pH11	1％水溶液粘度(mPa.s)
				实施例一	70/10/20	2.90    -0.19	2800
实施例二	50/10/40	2.77    -0.16	3200
				实施例三	30/10/60	1.81    -0.05	5400
实施例四	38/12/50	2.10    -0.04	2125
				实施例五	50/5/45	2.80    -0.40	2250
实施例六	30/20/50	1.48    -0.03	3000
				实施例七	40/2/58	2.25    -0.90	1650

                                                                     表2

	添加率(％)	絮凝体直径(mm)	脱水滤饼含水率(％)	过滤性
					实施例一	1.22	4.5	76.97	良好
实施例二	1.22	6.0	76.32	良好
					实施例三	1.22	7.5	74.42	良好
实施例四	1.22	4.5	79.58	良好
					实施例五	1.22	5.0	78.21	良好
实施例六	1.22	4.5	79.10	良好
					实施例七	1.22	4.0	79.96	良好

Claims (2)

1.一种两性聚丙烯酰胺絮凝剂，其特征在于，它是由

结构单元

结构单元

和(X可以是H，K、Na和NH₄)

结构单元 相互链接构成的阴、阳离子基团比例为1∶1.5～1∶20的三元共聚物，其质量百分比浓度为1％的纯水溶液粘度范围为250～10,000mPa·s。

2.一种两性聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法，其特征在于，本发明的方法包括以下步骤及其工艺条件：

步骤1.在反应釜中，加入蒸馏水和20～60mol％的丙烯酰胺(AM)，开动搅拌；

加入30～70mol％的甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(DMC)和＞0～20mol％的丙烯酸(AA)，使单体质量百分比总浓度为10～60％、水溶液pH值为4.5～6.5，控温至25～60℃，通氮气10分钟；

步骤2.加入＞0～＜100ppm的氨羧螯合剂、相对单体总质量0.01％～1.0％的水溶性偶氮类引发剂和相对单体总质量0.0001％～0.1％的水溶性氧化剂以及相对单体总质量0.001％～5％的水溶性还原剂，搅拌均匀；

步骤3.保持同一温度，继续聚合2～24小时，即得本发明的一种两性聚丙烯酰胺絮凝剂。