CN1233569C - 一种阳离子型高分子絮凝剂及其制备方法 - Google Patents

一种阳离子型高分子絮凝剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种阳离子型高分子絮凝剂。它是以丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、盐酸、去离子水为原料，在常压下水溶液聚合，使用不同的引发剂体系，严格控制反应物浓度，可以使转化率达到92%以上，絮凝剂的特性粘度500～1200cm3/g，阳离子度1.0～4.5mmol/g，超过现有水平，反应时间较短，整个聚合反应仅需4～6小时即可完成。此阳离子型高分子絮凝剂可以应用在石油、石化、化工、轻工等行业的污水、污泥处理。

Description

一种阳离子型高分子絮凝剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种有机絮凝剂及其制备方法，特别是涉及一种阳离子型高分子絮凝剂及其制备方法。
背景技术
水处理絮凝技术，是指在废水中投加絮凝剂，对水体中的胶体、悬浮固液体以及溶解性有机物通过物理化学作用，而去除其中的COD、色度、悬浮体等，使废水的水质得到净化。目前使用较为广泛的是聚合氯化铝，缺点主要有投加量大、絮体体积大、沉淀速度慢、脱水困难、效率低、处理费用高等。
近年来，有机高分子絮凝剂发展迅速，具有品种多，用量少，生渣少，易于固液分离以及减少设备腐蚀等优点，在水处理领域占有越来越重要的地位。如中国专利CN1247838A披露了一种阳离子型高分子絮凝剂，它是采用聚丙烯酰胺、甲醛、二甲胺为主要材料，通过曼尼兹反应，得到的胺甲基聚丙烯酰胺的胶体。该方法存在工艺过程烦琐且得到的絮凝剂有效含量低等缺点。中国专利CN1336391A披露了一种阳离子型絮凝剂，它是采用无机铵盐、脂肪醛、二氰二胺为主要材料，经缩聚反应而得到。该方法得到的絮凝剂分子量较低，絮凝架桥能力差等缺点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种阳离子型高分子絮凝剂，该产品用于污水处理时，可以有效地减少生渣量，在污泥处理时，可以有效地去除渣中的缝隙水，渣的成团性好，从而提高污泥的脱水效果。本发明还提供一种本发明絮凝剂的制备方法。
本发明阳离子高分子絮凝剂是甲基丙烯酸二甲氨基乙酯季铵化后的单体和丙烯酰胺单体的共聚物：
特性粘度500～1200cm3/g，阳离子度1.0～4.5mmol/g。
本发明阳离子高分子絮凝剂的制备过程如下：
以丙烯酰胺单体和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体为主要原料，首先将甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体季铵化，然后将丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯季铵化单体、去离子水按一定比例混合后，吹氮气除溶解氧，最后加入引发剂进行聚合反应。
其中甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体季铵化反应为向甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体中加入盐酸，调节pH值为2～9，优选为4～8，反应为剧烈放热反应，应在水浴或冰水浴中进行或采取其它的温度控制措施。丙烯酰胺和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯季铵化单体的聚合的配比(摩尔比)为，丙烯酰胺∶甲基丙烯酸二甲氨基乙酯＝10∶1～1∶10，最佳聚合配比为：丙烯酰胺∶甲基丙烯酸二甲氨基乙酯＝8∶1～1∶8，单体聚合的总浓度为：0.5～1.5mol/L，最佳聚合浓度为：0.6～1.2mol/L，聚合的反应温度为：20～90℃，最佳温度为：30～80℃，聚合反应时间为1～15小时，最好是5～6小时。聚合过程采用不同的引发剂体系进行自由基聚合反应，引发剂可以采用过硫酸盐或过硫酸盐与亚硫酸盐组成的氧化还原引发体系，引发剂的加入量为单体总量的10-3～10-4mol/L，最佳加入量为：5×10-4～10-4mol/L，过硫酸盐与亚硫酸盐的配比为：1∶0～1∶1，其中过硫酸盐可以是过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠等中的一种或几种，亚硫酸盐可以是亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸钾、亚硫酸氢钾、亚硫酸铵和亚硫酸氢铵等中的一种或几种。
具体化学反应式如下：
1.甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体季铵化反应
          
          
2.聚合反应
本发明的阳离子型高分子絮凝剂，特性粘度500～1200cm3/g，阳离子度1.0～4.5mmol/g，转化率达到92％以上，而且反应时间较短，整个聚合反应仅需5～6小时即可完成。本发明的阳离子型高分子絮凝剂，是一种季铵盐型有机高分子絮凝剂。对污水、污泥处理时，具有絮凝效果好，生渣量少，去除悬浮物(SS)、COD、油效果好等优点。本发明絮凝剂可以广泛用于油、石化、化工、轻工等行业的污水、污泥处理过程。
具体实施方式
实施例1
在装有搅拌器、温度计、加料管、氮气进出口的500ml的四口烧瓶中，加入甲基丙烯酸二甲氨基乙酯15.7g，加入1N的HCl15ml，调节PH值为5.5，然后加入丙烯酰胺28.4g，去离子水400ml，混合均匀后，通氮气除氧，加入引发剂过硫酸钾10-4mol/L，在50℃水浴中，反应6小时，得到絮凝剂-1。
实施例2
在装有搅拌器、温度计、加料管、氮气进出口的500ml的四口烧瓶中，加入甲基丙烯酸二甲氨基乙酯37.68g，加入1N的HCl45ml，调节PH值为4.0，然后加入丙烯酰胺4.26g，去离子水440ml，混合均匀后，通氮气除氧，加入引发剂过硫酸铵5×10-4mol/L，引发剂亚硫酸钠2×10-5mol/L，在35℃水浴中，反应3小时，再在80℃水浴中，反应2小时，得到絮凝剂-2。
实施例3
在装有搅拌器、温度计、加料管、氮气进出口的500ml的四口烧瓶中，加入甲基丙烯酸二甲氨基乙酯28.8g，加入1N的HCl30ml，调节PH值为7.0，然后加入丙烯酰胺16.9g，去离子水400ml，混合均匀后，通氮气除氧，加入引发剂过硫酸铵4×10-4mol/L，在45℃水浴中，反应5.5小时，得到絮凝剂-3。
实施例4
在装有搅拌器、温度计、加料管、氮气进出口的500ml的四口烧瓶中，加入甲基丙烯酸二甲氨基乙酯9.6g，加入1N的HCl5ml，调节PH值为8.0，然后加入丙烯酰胺38.6g，去离子水440ml，混合均匀后，通氮气除氧，加入引发剂过硫酸钾2×10-4mol/L，引发剂亚硫酸钠1×10-5mol/L，在25℃水浴中，反应3小时，再在80℃水浴中，反应1.5小时，得到絮凝剂-4。
             表一各实施例得到絮凝剂产品指标
  指标   絮凝剂1   絮凝剂2   絮凝剂3   絮凝剂4
  特性粘度cm3/g   1050   560   820   1200
  阳离子度mmol/g   2.3   4.5   3.2   1.2
实施例5
取胜利油田某采油站废水进行破乳絮凝试验。
                   表二处理采油废水实验结果
  药剂名称   投加量(mg/L)      油含量(mg/L)   除油率％   备注
  原水   出水
  PAC   30.0   760   -   -   未破乳
  PAC   100.0   760   122   83.9   基本破乳
  絮凝剂1   2.0   760   20.3   97.3   破乳、水质清
  絮凝剂2   4.5   760   33.8   95.5   破乳、水质清
  絮凝剂3   3.0   760   26.4   96.5   破乳、水质清
  絮凝剂4   1.5   760   16.6   97.8   破乳、水质清
实施例6
取某炼油厂含油废水进行破乳絮凝试验。
                表三处理炼油厂废水实验结果
  药剂名称   投加量(mg/L)       油含量(mg/L)   除油率％   备注
  原水   出水
  PAC   15.0   117.5   38.6   67.1   稍破乳
  PAC   20.0   117.5   29.4   75.0   破乳
  絮凝剂1   0.5   117.5   5.6   95.2   破乳、水质清
  絮凝剂2   0.5   117.5   10.5   91.1   破乳、水质清
  絮凝剂3   0.5   117.5   8.4   92.9   破乳、水质清
  絮凝剂4   0.5   117.5   3.8   96.8   破乳、水质清
实施例7
取某炼油厂含油污泥进行破乳絮凝试验。
              表四处理炼油厂含油污泥实验结果
  药剂名称   投加量(mg/L)      污泥含水率wt％   备注
  原污泥   处理后污泥
  PAC   2000   99.9   83.3   泥饼松散
  PAC   3000   99.9   80.5   泥饼松散
  絮凝剂1   300   99.9   74.6   泥饼密实
  絮凝剂2   300   99.9   80.2   泥饼松散
  絮凝剂3   300   99.9   77.8   泥饼较密实
  絮凝剂4   300   99.9   72.7   泥饼密实

Claims (10)

1、一种阳离子高分子絮凝剂，其特征在于该絮凝剂是甲基丙烯酸二甲氨基乙酯季铵化后的单体和丙烯酰胺单体的共聚物：
Figure C031339980002C1
其特性粘度为500～1200cm3/g，阳离子度为1.0～4.5mmol/g。
2、一种权利要求1絮凝剂的制备方法，其特征在于采用如下过程：以丙烯酰胺单体和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体为原料，首先将甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体季铵化，然后将丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯季铵化单体、去离子水混合，吹氮气除溶解氧，最后加入引发剂进行聚合反应。
3、按照权利要求2所述的方法，其特征在于所述的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体季铵化反应为向甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体中加入盐酸，调节pH值为2～9。
4、按照权利要求3所述的方法，其特征在于所述的pH值为4～8。
5、按照权利要求2所述的方法，其特征在于所述的丙烯酰胺和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯季铵化单体的聚合的摩尔比为，丙烯酰胺∶甲基丙烯酸二甲氨基乙酯＝10∶1～1∶10，单体聚合的总浓度为：0.5～1.5mol/L，聚合的反应温度为：20～90℃，聚合反应时间为1～15小时。
6、按照权利要求5所述的方法，其特征在于所述的丙烯酰胺∶甲基丙烯酸二甲氨基乙酯＝8∶1～1∶8，单体聚合的总浓度为：0.6～1.2mol/L，聚合的反应温度为：30～80℃，聚合反应时间为5～6小时。
7、按照权利要求2所述的方法，其特征在于所述的聚合过程加入的引发剂为过硫酸盐或过硫酸盐与亚硫酸盐组成的氧化还原引发体系。
8、按照权利要求7所述的方法，其特征在于所述的过硫酸盐与亚硫酸盐的配比为：1∶0～1∶1，其中过硫酸盐是过硫酸钾、过硫酸铵和过硫酸钠中的一种或几种，亚硫酸盐是亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸钾、亚硫酸氢钾、亚硫酸铵和亚硫酸氢铵中的一种或几种。
9、按照权利要求2或7所述的方法，其特征在于所述引发剂的加入量为聚合单体总量的10-3～10-4mol/L。
10、按照权利要求9所述的方法，其特征在于所述的引发剂加入量为5×10-4～10-4mol/L。
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