一种高性能阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法技术

技术编号:17545389 阅读:32 留言:0更新日期:2018-03-28 01:23
本发明专利技术主要解决的技术问题是提供一种用于废水处理的高性能阳离子聚丙烯酰胺制备方法,将丙烯酰胺水溶液温度升至45℃~50℃;无氧条件下,加入引发剂,保持体系温度45~50℃反应至少4小时,得到聚合中间产物;加水稀释溶解聚合中间产物,随后加入胺、甲醛,45℃保温反应2小时;加多元酸,待体系呈凝胶状后,保温;加入碱,将pH调节至8以上,至体系恢复流动性。该方法通过缓慢滴加多元酸来固定舒展的聚丙烯酰胺形成的网络结构,降低分子内的交联反应,增加分子间的交联反应,同时控制甲醛用量,交联反应时间等条件来控制交联程度,获得了高分子量的阳离子聚丙烯酰胺,使得制备出来的产物具有优异的絮凝效果。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法
本专利技术涉及水溶性高分子合成领域,尤其涉及一种高性能阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法。
技术介绍
高相对分子质量的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂具有用量少、絮凝效果好以及沉淀过滤速度快等优点,日益受到广泛的关注。决定阳离子聚丙烯酰胺性能的因素主要是其分子量和阳离子度,一般来讲,具有更高分子量或更高阳离子度的聚丙烯酰胺具有更好的絮凝效果。目前合成阳离子聚丙烯酰胺的主要方法有共聚法和改性法。共聚法需要采用价格较高的阳离子单体,成本较高,且由于单体离子基团之间的电荷排除,使得产品的高分子量和高离子化度往往不能兼得。而改性法则是针对不同分子量的聚丙烯酰胺进行阳离子化,并可通过投料比例来控制阳离子度,成本低,是大规模污水处理的理想选择。聚丙烯酰胺必须具有一定分子量才能够有足够的分子链长度来起到架桥絮凝作用,分子量越大,其分子链在溶液中的伸展度就越大,架桥能力也越强,絮凝速度越大。为了获得更大的分子量,目前大多数研究均从引发体系入手,如中国专利CN1506385A、CN102690389A、CN1542027A以及CN102731699A等都通过开发新的引发体系来制备超高分子量聚丙烯酰胺。轻度交联是增加聚合物分子量的常用办法,中国专利CN102532409A和ZL200410044187.1分别采用了交联单体N,N-二甲基双丙烯酰胺和增链剂伯胺及叔胺的化合物来提高分子量,然而该方法仍然不能避免共聚法高阳离子度和高分子量不能兼得的问题,同时,交联单体的加入使得聚合过程不太稳定,容易产生凝胶。甲醛能与聚丙烯酰胺上的氢反应,生成的羟甲基遇热能产生交联作用,该反应在酸性条件下尤为明显,然而,该反应不仅发生在分子间,往往还发生在分子内,后者会导致高分子伸展受阻,亲水性降低,从而使得产品的絮凝性能下降。通过实验发现,在传统改性法制备的阳离子聚丙烯酰胺体系中加入酸的种类和滴加速度对催化残留甲醛交联聚丙烯酰胺反应有很大的影响,采用一元酸或者快速加入多元酸,一元酸根或者来不及完全中和的多元酸起不到离子键连接作用,同时,酸会在一定程度破坏原体系的氢键作用,压缩改性聚丙烯酰胺分子链,使得交联反应更容易发生在分子内,体系至始至终保持流动性,不会产生凝胶;而采用多元酸慢速滴加,多元酸迅速和改性聚丙烯酰胺上的叔胺中和,生成的多元酸根在分子链之间以离子键连接,使高分子链舒展并相互靠近,产生“假凝胶”现象,使得交联反应更容易发生在分子链间。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种用于废水处理的高性能阳离子聚丙烯酰胺制备方法,该方法以传统的改性法制备阳离子聚丙烯酰胺为基础,通过缓慢滴加多元酸来固定舒展的聚丙烯酰胺形成的网络结构,降低分子内的交联反应,增加分子间的交联反应,同时控制甲醛用量,交联反应时间等条件来控制交联程度,获得了高分子量的阳离子聚丙烯酰胺,使得制备出来的产物具有优异的絮凝效果。本专利技术采用以下技术方案来实现的:本专利技术第一个方面是提供一种高性能阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法,包括以下步骤:⑴将丙烯酰胺水溶液温度升至45℃~50℃;⑵无氧条件下,加入引发剂,保持体系温度45~50℃反应至少1小时,得到聚合中间产物;其中,反应时间优选为至少1.5小时,更优选为至少2小时,更优选为1-12小时,更优选为2-8小时,更优选为4-6小时;⑶加水稀释溶解聚合中间产物,随后加入胺、甲醛,45℃保温反应,其中,优选为至少反应0.5小时,更优选为至少反应1小时,更优选为至少反应2小时,更优选为反应0.5-5小时,更优选为1-4小时,更优选为2-3小时;⑷加多元酸,待体系呈凝胶状后,保温,其中,保温时间优选为至少0.5小时,更优选为至少反应1小时,更优选为至少反应2小时,更优选为反应0.5-10小时,更优选为1-8小时,更优选为2-7小时,更优选为3-6小时,更优选为4-5小时;⑸加入碱,将pH调节至8以上,至体系恢复流动性;其中,原料的重量份数如下:其中,步骤⑴中,丙烯酰胺重量份数优选为5-20%,更优选为7-15%,更优选为9-13%,更优选为10-12%。其中,更优选地,原料的重量份数如下:优选的,所述引发剂为氧化还原引发剂体系。优选的,其中,所述引发剂为过硫酸钾-亚硫酸氢钠体系、过硫酸钠-硫代硫酸钠体系中的任意一种或几种。优选的,步骤⑶中加水稀释溶解,优选为溶解至中间产物浓度范围为0.1-10wt%,更优选为0.5-8wt%,2-6wt%。优选的,步骤⑶中所述胺为含活泼氢胺。优选的,所述胺为二甲胺、二乙胺、甲基乙基胺、乙二胺、N,N-二甲基丙二胺中的任意一种或者多种。优选的,所述多元酸为硫酸,磷酸,草酸、亚硫酸中的任意一种或多种。优选的,所述多元酸可以采用分批加入和/或滴加,更优选为滴加的方式。其中,所述多元酸的加料速度优选为0.05-1mol/h,更优选为0.07-0.5mol/h,更优选为0.1-0.3mol/h。优选的,所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钡、氢氧化铷、氨水中的任意一种或多种。本专利技术第二个方面是提供一种阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂。其中,所述阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂优选为根据本专利技术第一个方面所述的任一方法制备。本专利技术利用多元酸和高分子链上的叔胺基团形成多价的离子键,从而固定聚丙烯酰胺网络结构,使得最终酸催化羟甲基交联反应更容易发生在分子间,提高了高分子的分子量。相比于现有技术,本专利技术所用方法合成的絮凝剂具有更高的粘度,表明其分子量更高,废水化学耗氧量(VOC)和固体悬浮物(SS)去除率更高,具有更好的应用性能。具体实施方式实施例一将16g丙烯酰胺溶于184g去离子水中,并将体系温度升至45~50℃;抽真空通氮驱氧,反复2~3次,然后持续通氮30~60分钟;加入1%的过硫酸铵和亚硫酸氢钠溶液各1.4g,保持体系温度45~50℃反应4小时;随后加入600g去离子水搅拌稀释,充分溶解后加入40%二甲胺32g,37%甲醛18g,45℃保温反应2小时;随后1小时滴加完20%硫酸70g,待体系呈凝胶状后停止搅拌,保温4小时;加入32%烧碱30g,开动搅拌,体系随即恢复流动性,继续搅拌至体系均匀即为最终产品。实施例二将16g丙烯酰胺溶于184g去离子水中,并将体系温度升至45~50℃;抽真空通氮驱氧,反复2~3次,然后持续通氮30~60分钟;加入1%的过硫酸钠和亚硫酸氢钠溶液各1.4g,保持体系温度45~50℃反应4小时;随后加入600g去离子水搅拌稀释,充分溶解后加入40%二乙胺32g,37%甲醛17g,45℃保温反应2小时;随后1小时滴加完20%硫酸70g,待体系呈凝胶状后停止搅拌,保温6小时;加入32%烧碱30g,开动搅拌,体系随即恢复流动性,继续搅拌至体系均匀即为最终产品。实施例三将16g丙烯酰胺溶于184g去离子水中,并将体系温度升至45~50℃;抽真空通氮驱氧,反复2~3次,然后持续通氮30~60分钟;加入1%的过硫酸铵和亚硫酸氢钠溶液各1.6g,保持体系温度45~50℃反应4小时;随后加入600g去离子水搅拌稀释,充分溶解后加入40%二甲胺30g,37%甲醛18g,45℃保温反应2小时;随后1小时滴加完20%硫酸65g,待体系呈凝胶状后停止搅拌,保温4小时;加入32%烧本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种高性能阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:将16g丙烯酰胺溶于184g去离子水中,并将体系温度升至45~50℃;抽真空通氮驱氧,反复2~3次,然后持续通氮30~60分钟;加入1%的过硫酸铵和亚硫酸氢钠溶液各1.4g,保持体系温度45~50℃反应4小时;随后加入600g去离子水搅拌稀释,充分溶解后加入40%二甲胺32g,37%甲醛18g,45℃保温反应2小时;随后1小时滴加完20%硫酸70g,待体系呈凝胶状后停止搅拌,保温4小时;加入32%烧碱30g,开动搅拌,体系随即恢复流动性,继续搅拌至体系均匀即为最终产品。

【技术特征摘要】
1.一种高性能阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:将16g丙烯酰胺溶于184g去离子水中,并将体系温度升至45~50℃;抽真空通氮驱氧,反复2~3次,然后持续通氮30~60分钟;加入1%的过硫酸铵和亚硫酸氢钠溶液各1.4g,保持体系温度45~50℃反应4小时;随后加入600g去离子水搅拌稀释,充分溶解后加入40%二甲胺32g,37%甲醛18g,45℃保温反应2小时;随后1小时滴加完20%硫酸70g,待体系呈凝胶状后停止搅拌,保温4小时;加入32%烧碱30g,开动搅拌,体系随即恢复流动性,继续搅拌至体系均匀即为最终产品。2.一种高性能阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:将16g丙烯酰胺溶于184g去离子水中,并将体系温度升至45~50℃;抽真空通氮驱氧,反复2~3次,然后持续通氮30~60分钟;加入1%的过硫酸铵和亚硫酸氢钠溶液各1.4g,保持体系温度45~50℃反应4小时;随后加入600g去离子水搅拌稀释,充分溶解后加入40%二甲胺32g,37%甲醛17g,45℃保温反应2小时;随后1小时滴加完20%硫酸70g,待体系呈凝胶状后停止搅拌,保温6小时;加入32%烧碱30g,开动搅拌,体系随即恢复流动性,继续搅拌至体系均匀即为最终产品。...

【专利技术属性】
技术研发人员:施晓旦杨立滨金霞朝
申请(专利权)人:上海东升新材料有限公司
类型:发明
国别省市:上海,31

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