(三)发明内容
针对现有絮凝剂的不足,本发明的目的是提供一种聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合絮凝剂及其制备方法,利用本发明的方法可以制备出既具有良好贮存稳定性又具有良好絮凝效果的絮凝剂。
本发明涉及的聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合絮凝剂,外观为褐色液体,其中,Fe(产品的有效浓度以Fe计)的重量百分比是5.5%~8.0%,固含量为39%~41%的聚二甲基二烯丙基氯化铵的重量百分比是3%~16.0%,20℃时密度为1.1~1.2,碱化度为16%~50%,pH为0.7~1.1。
上述聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合絮凝剂,优选是,Fe的重量百分比6.5%~7.8%,固含量为39%~41%的聚二甲基二烯丙基氯化铵的重量百分比8%~14.0%,碱化度为26%~40%,pH为0.9~1.0。
本发明涉及的聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合絮凝剂的制备方法,由下述步骤组成:
(1)将FeCl3·6H2O与蒸馏水按重量比为45~55∶100混合溶解,搅拌加入Na2CO3粉末至碱化度为16%~50%,同时以4.5%~6%重量百分比的Na2HPO4作为稳定剂,反应得褐色液体即为聚合氯化铁(PFC),其中:Fe重量百分含量为5.5%~8.0%;
(2)将二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)与蒸馏水按重量比为55~57∶100混合溶解,向溶液中通入20~40分钟的N2,然后加入2%~4%重量百分比的引发剂,置于40℃~50℃恒温水浴中,搅拌聚合4小时~6小时,制得特性浓度以粘度η表示为0.7~1.2ml·g-1,固含量为39%~41%的二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC);
(3)取上述方法制得的PFC与PDMDAAC,以重量比为5~35∶1的比例在20℃~50℃条件下混合,反应50分钟~70分钟,得聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合絮凝剂。
其中,步骤(1)所述碱化度优选为26%~40%。
其中,步骤(1)所述Fe重量百分含量优选为6.5%~7.8%。
其中,步骤(2)所述向溶液中通入N2的时间优选是30分钟。
其中,步骤(2)所述的引发剂是过硫酸钾或过硫酸铵。
其中,步骤(2)所述的水浴温度优选是42℃~45℃。
其中,步骤(3)所述PFC与PDMDAAC的混合比例优选是重量比为5~25∶1,混合温度优选是25℃~40℃。
本发明方法制得的聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物无机有机复合絮凝剂以下简称PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂。
下面以实验室方法,详细说明对本发明的PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂的制备方法:
(1)取45~55g FeCl3·6H2O固体于烧杯中,加入100ml蒸馏水,搅拌下加入Na2CO3粉末至预定的碱化度16%~50%,同时以4.5g~6g的Na2HPO4作为稳定剂,常温下搅拌反应得褐色液体。此步骤制备出Fe重量百分含量为6.5%~8.0%的PFC。
(2)取55g~57g的二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)置于150ml三口圆底烧瓶中,加蒸馏水稀释至重量百分浓度为55~57%,向溶液中通入20分钟~40分钟的N2(氮气),然后加入2%~4%重量百分比的引发剂(过硫酸钾或过硫酸铵),置于40℃~50℃恒温水浴中,搅拌聚合4小时~6小时后停止。制得特性浓度(用粘度η表示)为0.7~1.2ml·g-1,固含量为39%~41%的PDMDAAC。
(3)取上述方法制得的PFC与PDMDAAC,以重量比为5~35∶1的比例在20℃~50℃条件下混合,反应50分钟~70分钟,制得PFC/PDMDAAC质量比为5~35∶1的PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂,其中,有效浓度以Fe计为重量百分比5.5%~7.8%。
本发明制备得到的PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂作为一种新型高效的水处理药剂,可广泛应用于给水、废水处理,石油开采、造纸、采矿、纺织印染、日用化工等领域。
本发明的PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂与现有技术相比具有如下优良效果:
本发明的PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂,属于水处理领域中新型高分子絮凝剂。此絮凝剂是在传统铁盐絮凝剂的基础上发展起来的新型复合无机有机高分子絮凝剂,是以FeCl3·6H2O、PDMDAAC为原料,采用将PDMDAAC引入到PFC溶液中的方法制备而成。该絮凝剂综合了PDMDAAC分子量高、产品稳定性好、对胶体物质的吸附架桥能力强、絮凝效果好、适用范围广、产生的污泥量少等优点,以及铁盐最佳投药范围宽、水处理成本低等优点。
本发明以FeCl3·6H2O、PDMDAAC为主要生产原料,制备得到了PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂,具有生产工艺简捷、经济、适用等特点。此絮凝剂可广泛适用于给水、废水处理,石油开采、造纸、采矿、纺织印染、日用化工等领域,并有良好的水处理效果。详见应用实施例。
(四)具体实施方式
实施例1:
将FeCl3·6H2O固体配成溶液,搅拌下加入Na2CO3粉末至预定的碱化度16%,制备出有效浓度(以Fe计)为6.8%的PFC。按重量比为14∶1,分别取PFC和PDMDAAC,制备出PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂。产品以No.1表示,列于表1中。具体制备方法如下:
(1)取49.0gFeCl3·6H2O固体于烧杯中,加入100ml蒸馏水,搅拌下加入Na2CO3粉末至预定的碱化度16%,常温下搅拌反应得褐色液体,同时加入5.0克Na2HPO4作为稳定剂。此步骤制备出Fe重量百分含量为6.8%的PFC。
(2)取56g的DMDAAC置于150ml三口圆底烧瓶中,加蒸馏水稀释至浓度为56%(重量百分比),向溶液中通入30分钟的N2,然后加入重量百分比为3%的引发剂过硫酸钾,置于45℃恒温水浴中,搅拌聚合5小时后停止。制备出特性浓度(用粘度η表示)为1.02dL/g,固含量为40.6%的PDMDAAC产品。
(3)分别取上述方法制备出的PFC 98g和PDMDAAC 7g,在40℃条件下混合,反应1小时,制备出PFC/PDMDAAC重量比为14∶1的PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂。该产品的有效浓度以Fe计为重量百分比6.32%。
上述PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂,外观为褐色液体,含Fe的重量百分比6.32%,含PDMDAAC(固含量为40.6%)的重量百分比7.0%,密度(20℃)1.15,碱化度16%,pH为0.76。
实施例2:
取一定量FeCl3·6H2O固体配成溶液,搅拌下加入Na2CO3粉末至预定的碱化度33%,制备出PFC的有效浓度(以Fe计)为7.45%。按重量比为35∶1,分别取PFC和PDMDAAC,制备出PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂,此制备的产品以No.2表示,列于表1之中。
制备方法如实施例1,但是所不同的是:取FeCl3·6H2O固体56g制备PFC,加入Na2CO3粉末至预定的碱化度33%,然后加入5.9克Na2HPO4作为稳定剂,PFC有效浓度(以Fe计)为7.45%重量百分比。取98.0g的PFC和2.8g的PDMDAAC,在30℃条件下混合,制备PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂。
上述PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂,外观为褐色液体,含Fe的重量百分比7.19%,含PDMDAAC(固含量为40.6%,粘度为1.02dL/g)的重量百分比3.5%,密度(20℃)1.12,碱化度33%,pH为0.9。
实施例3:
取一定量FeCl3·6H2O固体配成溶液,搅拌下加入Na2CO3粉末至预定的碱化度40%,制备出PFC的有效浓度(以Fe计)为7.45%。按重量比为13∶1,分别取PFC和PDMDAAC,制备出PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂,此制备的产品以No.3表示,列于表1之中。
制备方法如实施例1,但是所不同的是:取55g的二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)置于150ml三口圆底烧瓶中,加蒸馏水稀释至浓度为55%重量百分比,通N2半小时,然后加入重量百分比4%的引发剂过硫酸铵,置于42℃恒温水浴中,搅拌聚合6小时后停止。取91g的PFC和7g的PDMDAAC,在35℃条件下混合,制备PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂。
上述PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂,外观为褐色液体,含Fe的重量百分比6.92%,含PDMDAAC(固含量为40.2%,粘度为0.72dL/g)的重量百分比7%,密度(20℃)1.14,碱化度33%,pH为0.9。
实施例4:
取一定量FeCl3·6H2O固体配成溶液,搅拌下加入Na2CO3粉末至预定的碱化度30%,制备出PFC的有效浓度(以Fe计)为7.45%。按重量比为6∶1,分别取PFC和PDMDAAC,制备出PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂,此制备的产品以No.4表示,列于表1之中。
制备方法如实施例1,但是所不同的是:取90g的PFC和15g的PDMDAAC,在45℃条件下混合,制备PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂。
上述PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂,外观为褐色液体,含Fe的重量百分比6.33%,含PDMDAAC(固含量为40.8%,粘度为1.21dL/g)的重量百分比15%,密度(20℃)1.18,碱化度33%,pH为0.9。
实施例5:
取一定量FeCl3·6H2O固体配成溶液,搅拌下加入Na2CO3粉末至预定的碱化度50%,制备出PFC的有效浓度(以Fe计)为7.12%。按重量比为14∶1,分别取PFC和PDMDAAC,制备出PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂,此制备的产品以No.5表示,列于表1之中。
制备方法如实施例1,但是所不同的是:取FeCl3·6H2O固体52g制备PFC,加入Na2CO3粉末至预定的碱化度50%,然后加入5.5克Na2HPO4作为稳定剂,PFC有效浓度(以Fe计)为7.12%重量百分比。取98g的PFC和7g的PDMDAAC,在32℃条件下混合,制备PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂。
上述PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂,外观为褐色液体,含Fe的重量百分比6.62%,含PDMDAAC(固含量为40.6%,粘度为1.02dL/g)的重量百分比7%,密度(20℃)1.12,碱化度50%,pH为1.1。
本发明制备得到的PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂作为新型高效的水处理药剂,可广泛应用于给水、废水处理,石油开采、造纸、采矿、纺织印染、日用化工等领域。下面以应用实施例来阐述具体的应用效果。
应用实施例之一:
将以上实施例1、2、3、4、5制备的No.1、2、3、4、5PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂产品用于黄河水的混凝除浊处理,同时与PFC、PDMDAAC作对比。原水浊度为792.5NTU,pH值8.64,SS为1300mg/L,属于高浊度水。
处理结果列于表1。
表1 PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂处理黄河水的效果
投加量,mg/L |
产品编号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
PFC |
PDMDAAC |
123 |
13.86.034.39 |
8.46.764.32 |
7.065.093.91 |
7.026.224.98 |
125.293.13 |
19.189.118.69 |
19.528.878.65 |
45 |
3.422.21 |
3.012.69 |
2.62.22 |
3.213.16 |
2.942.28 |
7.746.79 |
8.338.79 |
从以上处理结果可见(表内数据为剩余浊度NTU),PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂处理高浊度水样的混凝除浊效果明显优于PFC絮凝剂及PDMDAAC絮凝剂。
应用实施例之二:
将以上实施例1、2、3、4、5制备的No.1、2、3、4、5PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂产品用于济南卧虎山水库的混凝处理,同时与PFC、PDMDAAC作对比。原水水质情况如下:pH值8.40,浊度为44.8NTU,UV254为0.116,总有机碳(TOC)为12.62ppm,属于中等浊度水。
处理结果列于表2。
表2PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂处理
卧虎山水库水的效果(投药量为30mg/L)
No. | 剩余浊度(NTU) |
TOC(mg/L) |
UV254 |
处理前 | 处理后 |
去除率(%) | 处理前 | 处理后 |
去除率(%) |
12345PFCPDMDAAC |
1.131.141.151.261.011.725.92 |
12.6212.6212.6212.6212.6212.6212.62 |
0.940.920.880.870.852.631.59 |
92.592.793.093.193.379.187.4 |
0.1160.1160.1160.1160.1160.1160.116 |
0.0410.0370.0330.0350.0320.0820.057 |
64.768.171.669.872.429.350.9 |
从以上处理结果可见,PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂处理中等浊度水样的混凝除浊效果明显优于PFC絮凝剂及PDMDAAC絮凝剂,并且TOC的去除率较PFC平均提高约13%,较PDMDAAC平均提高约6%,UV254的去除率较PFC平均提高约40%,较PDMDAAC平均提高约20%。
应用实施例之三:
将以上实施例1、2、3、4、5制备的No.1、2、3、4、5PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂产品用于印染废水的混凝处理,同时与PFC作对比。原水水质情况如下:pH值10.34,吸光度为1.034,COD为4860mg/L。脱色率为处理后水样吸光度减少值与处理前水样吸光度之比。
处理结果列于表3。
表3PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂
处理印染废水效果(投药量为150mg/L)
No. |
吸光度 |
CODCr |
处理前 | 处理后 |
脱色率(%) | 处理前 | 处理后 |
去除率(%) |
12345PFCPDMDAAC |
1.0341.0341.0341.0341.0341.0341.034 |
0.250.450.230.110.280.620.44 |
75.656.677.788.973.440.457.6 |
4860486048604860486048604860 |
86595284379582122561539 |
82.280.482.783.683.153.668.3 |
从以上处理结果可见,PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂处理印染废水的絮凝效果明显优于PFC絮凝剂及PDMDAAC絮凝剂,并且脱色率较PFC平均提高约40%,较PDMDAAC平均提高约20%,CODCr的去除率较PFC平均提高约30%,较PDMDAAC平均提高约15%。
应用实施例之四:
将以上实施例1、2、3、4、5制备的No.1、2、3、4、5PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂产品用于滨化炼油厂的含油废水的混凝处理,同时与PFC、PDMDAAC作对比。原水水质情况如下:pH值7.6,含油量为104.8mg/L,CODcr为2634.3mg/L。
处理结果列于表4。
表4PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂处理
含油废水的效果(投药量为70mg/L)
No. |
除油效果 |
CODCr |
处理前 | 处理后 |
除油率(%) | 处理前 | 处理后 |
去除率(%) |
1 |
104.8 |
58.5 |
44.2 |
2634.3 |
642.8 |
75.6 |
2345PFCPDMDAAC |
104.8104.8104.8104.8104.8104.8 |
57.357.255.856.172.767.7 |
45.345.446.846.530.735.4 |
2634.32634.32634.32634.32634.32634.3 |
611.2603.3592.7600.62397.2943.1 |
76.877.177.577.29.064.2 |
从以上处理结果可见,PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂处理含油废水的絮凝效果明显优于PFC絮凝剂及PDMDAAC絮凝剂,并且除油率较PFC提高17%,较PDMDAAC提高10%,CODCr的去除率较PFC提高68%,较PDMDAAC提高13%。
应用实施例之五:
将以上实施例1、2、3、4、5制备的No.1、2、3、4、5PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂产品用于不同pH值的废水混凝处理,同时与PFC作对比。原水为活性深蓝的模拟水样,染料含量为100mg/L,在593nm下吸光度为1.623,脱色率为处理后水样吸光度减少值与处理前水样吸光度之比。
处理结果列于表5。
表5PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂
脱色效果(投药量为30mg/L)
No. |
不同pH下,处理后水样的脱色率(%) |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
12345PFC |
87.990.191.096.291.182.4 |
96.898.299.699.798.692.2 |
97.499.199.799.799.269.2 |
97.299.299.699.699.666.2 |
97.198.798.699.398.964.3 |
从以上处理结果可见,PFC-PDMDAAC无机有机复合絮凝剂适用的pH值范围明显宽于PFC絮凝剂。