一种超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺及其制备方法和应用。所述方法包括：(1)用水将丙烯酰胺和阳离子单体混合均匀，得到混合液；和(2)将步骤(1)得到的混合液通氮除氧，然后往所述混合液中依次加入偶氮类引发剂、络合剂、链增长剂、氧化剂和还原剂引发聚合反应，制得超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺；所述链增长剂选自由十二烷基硫醇、巯基乙醇和亚硫酸氢钠组成的组。所述阳离子型聚丙烯酰胺的黏均相对分子质量优选为2000万～2100万，固含量优选为96～98％。本发明专利技术方法成本低、生产效率高，所得产品分子量超高，对比其他含有相同数量的带电基团链节的产品作为絮凝剂处理污水后水质指标更优越，絮凝剂用量更少。

Super high molecular weight cationic polyacrylamide and preparation method and application thereof

The invention relates to an ultra high molecular weight cationic polyacrylamide and a preparation method and application thereof. The method comprises the following steps: (1) mixing acrylamide and cationic monomer with water to obtain a mixed liquid; and (2) nitrogen and oxygen removal of the mixed liquid obtained in step (1) and then adding azo initiator, complexing agent, chain growth agent, oxidant and reductant in turn to the mixed liquid to initiate polymerization to obtain ultra-high molecular weight. Cationic polyacrylamide; the chain growth agent is selected as a group of free dodecyl mercaptan, mercaptoethanol and sodium bisulfite. The viscosity average molecular weight of the cationic polyacrylamide is optimized to be 20-21 million and the solid content is optimized to be 96-98%. The method has the advantages of low cost, high production efficiency, high molecular weight, superior water quality index and less flocculant dosage compared with other products containing the same number of chains of charged groups as flocculants.

【技术实现步骤摘要】
一种超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺及其制备方法和应用
本专利技术属于超高分子量聚合物
，尤其涉及一种超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺及其制备方法和应用。
技术介绍
聚丙烯酰胺(PAM)是由单体丙烯酰胺(AM)经自由基加成反应生成的一种线型高分子聚合物，PAM为白色颗粒或粉末，易溶于水，无毒、无腐蚀性，固体PAM有吸湿性，是一类重要的水溶性高分子聚合物，具有特殊的物理化学性质，易通过接枝或交联得到支链或网状结构的多种改性物，PAM分子可以引进各种离子基团以得到特定的性能，其广泛应用于化工、冶金、地质、煤炭、石油、造纸和水处理等各个领域，具有“百业助剂”的称号。阳离子型聚丙烯酰胺主要用作絮凝剂，利用其对污水中许多微团和溶解性物质有良好的吸附力广泛应用于各种污水的处理。近年来，在中国工业取得高速发展的同时，环境污染也越来越严重，国内污水处理量大，污水类型更复杂，对阳离子型聚丙烯酰胺的需求量越来越大，絮凝能力要求越来越高。阳离子型聚丙烯酰胺分子链很长，它的酰胺基可与许多物质亲和、吸附，形成氢键。这就使它能在两个被吸附的粒子之间架桥，生成絮团，有利于粒子下沉。阳离子型聚丙烯酰胺要求具有高的甚至超高的相对分子质量，这样除了以化学键力和分子间力结合外，主要靠架桥作用使废水中的杂质沉聚。阳离子型聚丙烯酰胺的絮凝能力很大程度上取决于相对分子质量。当前市场上使用较广泛的高分子量阳离子型聚丙烯酰胺存在以下特点：从分子结构上看，第一类是阳离子功能单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的(DAC)与丙烯酰胺共聚而成的线型阳离子聚丙烯酰胺，其优点是：1.分子量较高，在1100～1300万之间；2.支链较少，溶解性好，絮凝能力强；其缺点是现场使用时对操作条件要求较高：1.使用前需先溶解成0.1％的母液，制备母液后存放时间较短(3～5小时)，超过5小时的分子量损失率达73％；2.对污水环境要求苛刻，污水pH值在6～8之间效果较好。第二类是由阳离子功能单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)和二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)中的两种或三种与丙烯酰胺进行多元共聚而成的带有部分支链的阳离子型聚丙烯酰胺，其优点是：1.溶解后的母液后存放时间较长(8～12小时)，超过12小时的分子量损失率为50％；2.对污水适应性强，pH值要求较宽泛；其缺点是：1.分子量较低，在500～1000万之间；2.支链较多，溶解性差，利用率较直链型阳离子聚丙烯酰胺偏低15～30％。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种成本低、分子量高、转化率高、固含量高、溶解性好和利用率高的超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺及其制备方法和应用，以解决现有阳离子型聚丙烯酰胺中存在的一个或者多个问题。本专利技术在第一方面提供了一种超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)用水将丙烯酰胺和阳离子单体混合均匀，得到混合液；和(2)将步骤(1)得到的混合液通氮除氧，然后往所述混合液中依次加入偶氮类引发剂、络合剂、链增长剂、氧化剂和还原剂引发聚合反应，制得超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺；所述链增长剂选自由十二烷基硫醇、巯基乙醇和亚硫酸氢钠组成的组。优选地，所述方法还包括将步骤(2)制得的超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺依次经过造粒、烘干和粉碎的步骤。优选地，所述链增长剂的用量为所述混合液的质量的0.0002％～0.06％，优选为0.0003％～0.002％。优选地，所述丙烯酰胺与所述阳离子单体的用量之和占所述混合液的质量百分数为30％～35％；所述丙烯酰胺与所述阳离子单体的质量比为(2～2.5)：(1～1.5)；和/或所述阳离子单体选自由甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵和二烯丙基二乙基氯化铵组成的组。优选地，所述偶氮类引发剂的用量为所述混合液的质量的0.003％～0.01％，优选为0.003％～0.006％；所述偶氮类引发剂选自由偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁腈和4，4’-偶氮双(4-氰基戊酸)组成的组，优选为偶氮二异丁基脒盐酸盐；所述氧化剂的用量为所述混合液的质量的0.0008％～0.0015％；所述氧化剂选自由过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠组成的组，优选为过硫酸钾；和/或所述还原剂的用量为所述混合液的质量的0.0004％～0.0006％；所述还原剂选自由亚硫酸铁和亚硫酸钠组成的组，优选为亚硫酸铁。特别地，所述络合剂的用量为所述混合液的质量的0.004％～0.008％；和/或所述络合剂选自由乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四甲叉膦酸钠、二乙烯三胺五甲叉膦酸五钠和代用碱组成的组；优选的是，所述络合剂选自由乙二胺四乙酸二钠和代用碱组成的组。优选地，在进行步骤(2)之前，用pH调节剂将步骤(1)得到的混合液的pH调节为3.8～4.2；所述pH调节剂选自由氨基磺酸、盐酸和硫酸组成的组，优选为氨基磺酸。优选地，在步骤(2)中，于0～2℃下依次加入偶氮类引发剂、络合剂、链增长剂、氧化剂和还原剂；在步骤(2)中，所述通氮除氧的时间为30～40min；和/或在步骤(2)中，所述聚合反应的时间为2～3h。本专利技术在第二方面提供了由本专利技术在第一方面所述的制备方法制得的超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺；优选的是，所述超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺的黏均相对分子质量为2000万～2100万，固含量为96％～98％。本专利技术在第三方面提供了本专利技术在第二方面所述的超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺作为絮凝剂的应用。本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：(1)本专利技术方法制备过程简单、反应时间短、成本低、生产效率高，最高转化率达到99.2％，更适合工业化生产；本专利技术所制得的超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺单体含量少、固含量高、分子量超高，其分子量超过市场常规的阳离子型聚丙烯酰胺产品的分子量700～800万，絮凝能力提高30～46％。(2)本专利技术一些优选的实施方案中所制得的阳离子型聚丙烯酰胺分子支链比多元共聚阳离子型聚丙烯酰胺的支链减少60％，溶解性和利用率有明显提升。经现场污水絮凝试验对比，用量较常规阳离子型聚丙烯酰胺用量降低30～43％，且污泥絮团紧实，脱泥设备脱泥效率提升20％左右，脱泥设备能耗降低16％左右；对比其他含有相同数量的带电基团链节的聚丙烯酰胺产品作为絮凝剂处理污水，经本专利技术中超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺处理过的水质指标更优越，用量更少。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术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专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术在第一方面提供了一种超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)用水(例如去离子水)将丙烯酰胺和阳离子单体混合均匀，得到混合液；和(2)将步骤(1)得到的混合液通氮除氧，然后往所述混合液中依次加入偶氮类引发剂、络合剂、链增长剂、氧化剂和还原剂引发聚合反应，制得超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺；所述链增长剂选自由十二烷基硫醇、巯基乙醇和亚硫酸氢钠组成的组。在本专利技术中，优选为采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)用水将丙烯酰胺和阳离子单体混合均匀，得到混合液；和(2)将步骤(1)得到的混合液通氮除氧，然后往所述混合液中依次加入偶氮类引发剂、络合剂、链增长剂、氧化剂和还原剂引发聚合反应，制得超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺；所述链增长剂选自由十二烷基硫醇、巯基乙醇和亚硫酸氢钠组成的组。

【技术特征摘要】
1.一种超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)用水将丙烯酰胺和阳离子单体混合均匀，得到混合液；和(2)将步骤(1)得到的混合液通氮除氧，然后往所述混合液中依次加入偶氮类引发剂、络合剂、链增长剂、氧化剂和还原剂引发聚合反应，制得超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺；所述链增长剂选自由十二烷基硫醇、巯基乙醇和亚硫酸氢钠组成的组。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述方法还包括将步骤(2)制得的超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺依次经过造粒、烘干和粉碎的步骤。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述链增长剂的用量为所述混合液的质量的0.0002％～0.06％，优选为0.0003％～0.002％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述丙烯酰胺与所述阳离子单体的用量之和占所述混合液的质量百分数为30％～35％；所述丙烯酰胺与所述阳离子单体的质量比为(2～2.5)：(1～1.5)；和/或所述阳离子单体选自由甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵和二烯丙基二乙基氯化铵组成的组。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述偶氮类引发剂的用量为所述混合液的质量的0.003％～0.01％，优选为0.003％～0.006％；所述偶氮类引发剂选自由偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁腈和4，4’-偶氮双(4-氰基戊酸)组成的组，优选为偶氮二...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣敏杰，赵海港，赵立国，
申请(专利权)人：东营市诺尔化工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：山东,37