一种改性聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备方法技术

本申请涉及聚丙烯酰胺絮凝剂的合成技术领域，具体涉及一种改性聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备方法。该改性聚丙烯酰胺絮凝剂是以丙烯酰胺单体和阳离子单体为单体，以过氧化物为引发剂，以过渡金属卤化物和有机配体为催化剂来制备的。在制备过程中，首先将乳化剂溶解于有机溶剂中，然后依次加入单体、过渡金属卤化物、有机配体和引发剂进行共聚反应，反应后经过滤，除去过渡金属卤化物和有机配体，烘干后获得粗品，最后进行多次洗涤提纯。通过上述方法可以控制改性聚丙烯酰胺絮凝剂的相对分子质量和分子量分布，絮凝效果好。絮凝效果好。絮凝效果好。

【技术实现步骤摘要】
一种改性聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备方法


[0001]本申请涉及聚丙烯酰胺絮凝剂合成
，具体涉及一种改性聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着工农业的发展，有机污水的成分越来越复杂，有机污水中水溶性有机物种类越来越多，含量也越来越高。由于这些水溶性有机物通常带有负电荷，所以常规的非离子性聚丙烯酰胺絮凝剂和阴离子型聚丙烯酰胺絮凝剂的絮凝效果较差。而阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂由于分子链上带有正电荷，能和水溶性有机物所带的负电荷进行电荷中和作用，从而使阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂与水溶性有机物结合在一起，当阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂结合的水溶性有机物较多时，就会形成庞大的絮状沉淀物，将水溶性有机物从水中分离出去。
[0003]在絮凝化时，阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的相对分子质量和分子量分布是影响絮凝效果的关键性因素。对相对分子质量来说，当阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的相对分子质量太小时，分子中所带正电荷较少，分子链较短，吸引的负电荷胶体或微粒少，形成的絮体小，也不利于桥连作用，絮凝效果较差，而且在水中溶解可能导致残留，污染水质。一般情况下，阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的相对分子质量越大，絮凝效果越好，但是当相对分子质量过大时，阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的溶解性较差，会大大降低絮凝效果，因此阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂相对分子质量要适当，既要易溶解在水中，又能产生良好的絮凝效果。
[0004]对分子量分布来说，当阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的分子量分布较宽时，由于分子量过低的分子与分子量过高的分子含量较高，导致絮凝效果差，因此阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂在适当的分子量范围内，分子量分布越窄越好。
[0005]如今，阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的合成方法主要包括溶液聚合与乳液聚合。溶液聚合不利于传热，无法获得高分子量和窄分子量分布的阳离子聚丙烯酰胺。乳液聚合可以解决传热问题，也可以获得高分子量和窄分子量分布的阳离子聚丙烯酰胺，但是不易控制分子量和分子量分布在一定范围内，而且在单体转化率比较高时易出现微凝胶现象。

技术实现思路

[0006]为了解决乳液聚合不易控制分子量和分子量分布在一定范围内，以及在单体转化率较高时出现微凝胶现象的问题，本申请提供一种改性聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备方法。
[0007]一种改性聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：S1：保持恒温条件下，将乳化剂溶解于液体石蜡中，搅拌均匀，获得乳化剂混合液；S2：在惰性气体保护下，向乳化剂混合液中缓慢滴加丙烯酰胺单体、阳离子单体、过渡金属卤化物及有机配体，搅拌均匀后，加入过氧化物引发剂，升温至35
‑
50℃，边搅拌边引发反应，反应4
‑
6h后停止，获得聚合物混合液；所述阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；所述有机配体为乙二胺或邻二氮菲；S3：聚合物混合液经过滤，除去过渡金属卤化物和有机配体，获得聚合物乳液；
S4：将聚合物乳液烘干至恒重，粉碎，获得聚合物粗品；S5：将聚合物粗品用乙醇洗涤数次，然后烘干至恒重，即得改性聚丙烯酰胺絮凝剂。
[0008]采用上述技术方案，首先在恒温条件下，将乳化剂溶解于有机溶剂中，获得均相的乳化剂混合液，然后在惰性气体保护下，缓慢加入丙烯酰胺单体、阳离子单体、过渡金属卤化物及有机配体，待充分溶解后，缓慢加入过氧化物引发剂，并升温至35
‑
50℃，开始引发反应，反应4
‑
6h后停止，获得聚合物混合液。整个反应过程中需要在惰性气体保护下进行，隔绝空气，防止引发剂自由基氧化而失效。
[0009]上述反应中，过氧化物引发剂分解形成初级自由基I
·
（活性种，I为过氧基），一部分初级自由基I
·
被高价态过渡金属卤化物X
a
M
tb
（X为卤原子，a为卤原子个数，M
t
为过渡金属，b为过渡金属最高价态）捕捉，变为不再具有引发活性的I
‑
X（休眠种），同时，生成低价态过渡金属卤化物X
a
‑1M
tb
‑1；另一部分初级自由基I
·
引发单体M形成增长链自由基I
‑
M1·
（活性种），增长链自由基被高价态过渡金属卤化物X
a
M
tb
钝化，生成I
‑
M1‑
X（休眠种）和低价态过渡金属卤化物X
a
‑1M
tb
‑1，随着反应的进行，活性种浓度和高价态过渡金属卤化物X
a
M
tb
的浓度逐渐降低，休眠种与低价态过渡金属卤化物X
a
‑1M
tb
‑1浓度增加，于是低价态过渡金属卤化物X
a
‑1M
tb
‑1开始夺取I
‑
X或I
‑
M1‑
X（休眠种）中的卤原子，使I
‑
X或I
‑
M1‑
X（休眠种）转化为I
·
或I
‑
M1·
（活性种），进一步引发单体聚合，形成增长链自由基I
‑
M1·
或I
‑
M2·
（活性种），低价态过渡金属卤化物X
a
‑1M
tb
‑1也被氧化成高价态过渡金属卤化物X
a
M
tb
，增长链自由基I
‑
M1·
或I
‑
M2·
（活性种）在高价态过渡金属卤化物X
a
M
tb
作用下发生钝化反应，生成I
‑
M1‑
X或I
‑
M2‑
X（休眠种）和低价态过渡金属卤化物X
a
‑1M
tb
‑1，如此反复，直至所有单体聚合完毕，获得聚合物I
‑
M
m
‑
X。通过这种活性种与休眠种之间的相互转换，既可以控制单体聚合速率，不会因聚合速率太快，导致暴聚和凝胶现象，又可以使自由基（活性种）保持较低的浓度，从而有效避免发生不可逆的链终止和链转移，从而获得适当的分子量和分子量分布的改性聚丙烯酰胺絮凝剂。具体反应机理如下：。
[0010]在上述技术方案中，聚合反应温度不仅影响引发剂形成自由基的速度，而且也会影响活性种和休眠种之间的相互转换，进而影响聚合物的分子量和分子量分布。当反应温度较高时，引发剂迅速形成自由基，反应体系中自由基浓度过高，自由基相互碰撞的概率增
大，单体转化速度快，但是获得聚合物的相对分子质量低；当反应温度较低时，引发剂产生自由基的速度很慢，反应体系中自由基浓度过低，反应速率很缓慢，而且当一部分自由基转化成休眠种后，在过渡金属卤化物作用下，休眠种活化形成自由基也需要一定的能量，温度较低时，不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：保持恒温条件下，将乳化剂溶解于液体石蜡中，搅拌均匀，获得乳化剂混合液；S2：在惰性气体保护下，向乳化剂混合液中缓慢滴加丙烯酰胺单体、阳离子单体、过渡金属卤化物及有机配体，搅拌均匀后，加入过氧化物引发剂，升温至35
‑
50℃，边搅拌边引发反应，反应4
‑
6h后停止，获得聚合物混合液；所述阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；所述有机配体为乙二胺或邻二氮菲；S3：聚合物混合液经过滤，除去过渡金属卤化物和有机配体，获得聚合物乳液；S4：将聚合物乳液烘干至恒重，粉碎，获得聚合物粗品；S5：将聚合物粗品用乙醇洗涤数次，然后烘干至恒重，即得改性聚丙烯酰胺絮凝剂。2.根据权利要求1所述的改性聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述过氧化物引发剂采用包括如下步骤的方法制成：1）将无机纳米颗粒溶解于氨水和无水乙醇的混合溶液中进行预处理，然后经洗涤、干燥，获得预处理的无机纳米颗粒；2）将预处理的无机纳米颗粒分散于甲苯中，并加入改性剂，在一定条件下进行反应，反应结束后进行干燥，获得改性的无机纳米颗粒，所述改性剂为卤代试剂或氨基硅烷偶联剂；3）将改性的无机纳米颗粒分散于甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑建亮，张秀玉，芦连波，赵开源，
申请(专利权)人：山东佳华水处理科技有限公司，
类型：发明
国别省市：