一种无机-有机复合高效絮凝剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种无机

【技术实现步骤摘要】
一种无机
‑
有机复合高效絮凝剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于水处理
，具体涉及一种无机
‑
有机复合高效絮凝剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]絮凝是通过向废水中投加絮凝剂，破坏胶体的稳定性，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集成粗大的颗粒而沉降，从而固液分离，使废水得到净化，具体而言其中包含了一系列复杂的物理化学作用。絮凝的主要作用机理包括电荷中和、吸附架桥、压缩双电层和网捕卷扫等。通常在具体的水处理过程中同时包含了多种絮凝机理发挥协同作用。
[0003]目前常用的絮凝剂按化学组成可分为无机絮凝剂、有机絮凝剂、复合絮凝剂和生物絮凝剂。由于水中胶体颗粒是非常复杂的有机体，单一的絮凝剂很难达到最佳的絮凝效果，加上从絮凝机理上得知絮凝过程包含了多种作用，因此通常使用复合型絮凝剂，充分利用不同药剂的功能特点，发挥协同增效作用，优势互补，克服单一絮凝剂的局限性，扩大适用范围。再加上水体中的悬浮颗粒一般带负电荷，因此，高阳电荷的无机
‑
有机复合型絮凝剂无疑更受研究者关注。
[0004]有机絮凝剂中的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂具有多种活泼的基团，可与许多物质亲和、吸附形成氢键，其长分子链使得其絮凝时具有很好的吸附架桥作用，同时兼具除浊、脱色、吸附、粘合等功能，适用于染色、造纸、食品、建筑、油田、水产加工与发酵等有机胶体含量较高的废水处理行业。为了更好发挥电荷中和作用，通常是通过加大阳离子单体的比例来增大阳离子电荷，而以丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为主的阳离子单体成本居高不下。近年来，为了提高阳离子聚丙烯酰胺的絮凝性能，同时降低生产成本，研究者开始关注阳离子单元在聚合物分子链上的序列分布情况对絮凝性能的影响。使用传统共聚方法聚合过程中，由于链自由基随机地与反应体系中游离分散的丙烯酰胺单体或者其它阳离子单体发生加成反应，链增长过程不具有严格的定向性，聚合物分子链上的丙烯酰胺与阳离子单元无规则随机分布。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种无机
‑
有机复合高效絮凝剂及其制备方法。本专利技术通过以阴离子型聚硅酸(PSi)为模板，合成嵌段型阳离子聚丙烯酰胺，再原位改性PSi，变成阳离子型的聚硅酸铝铁，最终合成一种无机
‑
有机复合型高效絮凝剂，生产过程无需分离纯化，工艺简单、生产成本低，利于工业化。制得的复合型絮凝剂产品有机组分为模板法聚合而成的嵌段型阳离子聚丙烯酰胺，具有优异的絮凝性能，无机组分为改性成的聚硅酸铝铁，具有高密度阳离子电荷，电荷中和作用强，本专利技术所述絮凝剂能够充分利用无机和有机的性能优势，发挥协同增效作用。
[0006]本专利技术所采用的技术方案为：
[0007]一种无机
‑
有机复合高效絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)取硅酸钠配制成硅酸钠水溶液，调节pH后，熟化，制得聚硅酸溶液；
[0009](2)向步骤(1)制得的聚硅酸溶液中加入丙烯酰胺和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵两种单体，配制成单体溶液；在搅拌条件下，通氮气除氧，并使体系温度降低；
[0010](3)向步骤(2)所得体系中加入引发剂和络合剂，混合均匀后，置于紫外灯下，进行聚合反应，得到半透明的凝胶状物；
[0011](4)将步骤(3)所得凝胶状物进行造粒，制成颗粒物；
[0012](5)向步骤(4)所述颗粒物中加入改性剂，揉捏使改性剂与颗粒物进行充分接触；
[0013](6)揉捏作用下，向步骤(5)所得体系中加入NaOH溶液，调节碱化度后，静置熟化，得到聚合硅酸铝铁和聚丙烯酰胺复合物；
[0014](7)将步骤(6)所得聚合硅酸铝铁和聚丙烯酰胺复合物进行烘干，经粉碎、筛分，即得所述絮凝剂。
[0015]本申请专利技术人在长期研究中发现，阳离子单元在高分子链上以嵌段结构的形式分布能够在不改变阳离子单体配比的前提下有效提高聚合物电荷密度，提高阳离子单元利用效率。因此，在本专利技术方法中，利用阴离子型无机聚合物PSi作为模板，阳离子单体在静电作用力下沿模板分子链定向排布，聚合生成嵌段型聚丙烯酰胺，优点在于：能够利用特定排列的阳离子基团，充分发挥其在电荷中和过程的利用效率，在达到同样絮凝效果的前提下，减少阳离子单体的使用。
[0016]现有技术中通过投加低分子量聚丙烯酸钠为模板，经过聚合后，得到的凝胶物需要经过溶解，加入有机溶剂，利用高分子量阳离子聚丙烯酰胺与低分子量聚丙烯酸钠在溶剂中的溶解度不同而分离。复杂的分离工艺以及因使用有机溶剂，生产设备增加、生产工厂安全等级提升等因素，严重限制了模板法聚合生产阳离子聚丙烯酰胺的工业化。相较于现有技术方法，本专利技术方法通过以阴离子型无机高分子作为模板，聚合完成后，加入改性剂，变成阳离子型无机高分子，无需分离模板聚合物，简化合成步骤，生产工艺简单，易于实现工业化。
[0017]步骤(1)中，所述硅酸钠为工业级或分析纯的无水偏硅酸钠、五水偏硅酸钠、九水偏硅酸钠中的一种或多种。
[0018]步骤(1)中，所述Na2SiO3水溶液的浓度为0.25
‑
0.5mol/L；
[0019]用1
‑
5mol/L的稀盐酸调节Na2SiO3水溶液的pH为3.5
‑
6.5；
[0020]所述熟化为在25
‑
45℃下熟化处理2
‑
6h。
[0021]所述Na2SiO3水溶液的浓度为0.3
‑
0.4mol/L；
[0022]用3
‑
4mol/L的稀盐酸调节Na2SiO3水溶液的pH为4.5
‑
5.5。
[0023]步骤(2)中，聚硅酸溶液与丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的摩尔比为1:(0.8
‑
1.2)；
[0024]两种单体丙烯酰胺和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的质量比为(1
‑
2):(1
‑
2)。
[0025]步骤(2)中，所述单体溶液的浓度为18
‑
25％；
[0026]通氮气除氧的时间为20
‑
60min，所述体系温度降至5
‑
15℃。
[0027]所述单体溶液的浓度为20
‑
22％；
[0028]在搅拌条件下，所述体系温度降至8
‑
12℃。
[0029]步骤(3)中，所述引发剂的质量、络合剂的质量、两种单体总质量三者之比为(0.5
‑
10):1:10000；
[0030]所述引发剂为复合引发剂。
[0031]所述复合引发剂包括氧化剂、还原剂和偶氮类引发剂；所述氧化剂和还原剂的总质量与所述偶氮类引发剂的质量之比为1:(1
‑
30)。
[0032]所述氧化剂为过硫酸钾和/或过硫酸铵，所述还原剂为亚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无机
‑
有机复合高效絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取硅酸钠配制成硅酸钠水溶液，调节pH后，熟化，制得聚硅酸溶液；(2)向步骤(1)制得的聚硅酸溶液中加入丙烯酰胺和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵两种单体，配制成单体溶液；在搅拌条件下，通氮气除氧，并使体系温度降低；(3)向步骤(2)所得体系中加入引发剂和络合剂，混合均匀后，置于紫外灯下，进行聚合反应，得到半透明的凝胶状物；(4)将步骤(3)所得凝胶状物进行造粒，制成颗粒物；(5)向步骤(4)所述颗粒物中加入改性剂，揉捏使改性剂与颗粒物进行充分接触；(6)揉捏作用下，向步骤(5)所得体系中加入NaOH溶液，调节碱化度后，静置熟化，得到聚合硅酸铝铁和聚丙烯酰胺复合物；(7)将步骤(6)所得聚合硅酸铝铁和聚丙烯酰胺复合物进行烘干，经粉碎、筛分，即得所述絮凝剂。2.根据权利要求1所述的无机
‑
有机复合高效絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述Na2SiO3水溶液的浓度为0.25
‑
0.5mol/L；用1
‑
5mol/L的稀盐酸调节Na2SiO3水溶液的pH为3.5
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6.5；所述熟化为在25
‑
45℃下熟化处理2
‑
6h。3.根据权利要求1所述的无机
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有机复合高效絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，聚硅酸溶液与丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的摩尔比为1:(0.8
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1.2)；两种单体丙烯酰胺和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的质量比为(1
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2):(1
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2)。4.根据权利要求1所述的无机
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有机复合高效絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述单体溶液的浓度为18
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25％；通氮气除氧的时间为20
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60min，所述体系温度降至5
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15℃。5.根据权利要求1所述的无机
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有机复合高效絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述引发...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫衍志，杨建正，高放，刘永杰，刘琴，李凌云，薛晓飞，
申请(专利权)人：北京北控海创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：