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  • 阳离子聚丙烯酞胺絮凝剂两种制作方法
  • 本站编辑:杭州盛丰环境科技有限公司发布日期:2014-09-19 10:05 浏览次数:
  阳离子聚丙烯酞胺是由丙烯酞胺单元和阳离子单元构成的共聚高分子化合物。目前,制备阳离子聚丙烯酞胺絮凝剂的方法主要有两大类:一是聚丙烯酞胺的阳离子改性法;二是丙烯酞胺与阳离子单体共聚合。
  聚丙烯酞胺的阳离子改性法
  聚丙烯酞胺的阳离子改性法一般是通过聚丙烯酞胺与二甲胺、二乙胺、三甲胺等进行曼尼希(Mannich)反应引入胺类分子,经过进一步反应得到按盐而制得的。
  (1)非离子型聚丙烯酞胺的阳离子化
  非离子型聚丙烯酞胺的阳离子化是以非离子聚丙烯酞胺为原料,与甲醛和二甲胺经过Mannich反应得到阳离子聚丙烯酞胺,主要反应为:此阳离子化工艺流程少且操作简单,反应得到含胺甲基的阳离子改性物。用甲醛和二甲胺在一定条件下与聚丙烯酞胺反应制得了阳离子聚丙烯酞胺,并测试了其絮凝、抗盐及缓蚀性能,结果表明阳离子聚丙烯酞胺的效果明显优于聚丙烯酞胺。非离子型聚丙烯酞胺的阳离子化产物阳离子度较低,原料利用率不高,并且易生成影响产品性能的不溶性聚合物,限制了其进一步发展。
  2)天然高分子接枝聚丙烯酞胺的阳离子化
  合成有机高分子絮凝剂一般具有一定的毒性,且价格昂贵,而天然高分子絮凝剂具有无毒、可生物降解、价廉等显著优点,近些年来得到了国内外研究人员的重视。其中,淀粉与丙烯酞胺等单体的接枝共聚物就是一种重要的淀粉改性絮凝剂产品。淀粉接枝聚丙烯酞胺的阳离子化是先通过引发淀粉与丙烯酞胺类单体共聚,然后以接枝共聚物为母体,通过Mannich反应进一步胺甲基化改性而制得的。
  以硝酸饰按和过硫酸铵(CAN-APS)为复合引发剂,在CAN-APS为1.2m。1/L,丙烯酞胺与淀粉的配比为2:1(质量比),反应温度为50℃,反应时间为3h的条件下,引发淀粉与丙烯酞胺接枝共聚,然后在丙烯酞胺、甲醛和二甲胺质量比为1:1:3,反应温度为50℃,反应时间为2h的条件下进行接枝共聚物的阳离子化,制得了阳离子型淀粉接枝聚丙烯酞胺。淀粉接枝阳离子化得到的
  阳离子型天然高分子絮凝剂具有分子链稳定性强、适用范围广、絮凝效果强等优点,具有广阔的发展空间。阳离子改性法制备阳离子型聚丙烯酞胺具有合成工艺简单、成本低、相对分子量较高等优点,但是工艺条件较复杂,阳离子化程度不易控制,因此,阳离子聚丙烯酞胺的阳离子改性法还需进一步完善。
  丙烯酞胺与阳离子单体共聚合
  丙烯酞胺与阳离子单体的共聚合是比较常用的制备阳离子聚丙烯酞胺的方法,不同的阳离子单体具有不同的反应活性,正确选择阳离子单体,确定合适的反应体系和优化条件对聚合反应来说至关重要。常用的阳离子单体主要有二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC)、甲基丙烯酞氧乙基三甲基氯化铵(DMC)和丙烯酞氧乙基三甲基氯化铵(DAC)等。
  (1)利用AM与DADMAC制备阳离子聚丙烯酞胺
  二甲基二烯丙基氯化(DADMAC-AM)是一种水溶性氯化季按盐,它和丙烯酞胺(AM)经过自由基聚合反应得到主链上带五元环结构的阳离子聚电解质P(DADMAC-AM)。其具有正电荷密度高、水溶性好、絮凝性能好以及高效无毒等优点,常被用作絮凝剂、稳定剂、沉淀剂等被广泛应用于石油开采、纺织印染、水处理等方面。
  P(DADMAC-AM)的一般制备方法是:将DADMAC溶液和AM单体按照一定的比例加入到聚合反应器中,通入氮气去除溶解氧,加入引发体系引发聚合。聚合完毕后,将阳离子聚丙烯酞胺胶体块经造粒、干燥和粉碎操作过程后即可得到阳离子聚丙烯酞胺干粉。以二甲基二烯丙基氯化按为阳离子单体与丙烯酞胺共聚,采用氧化还原剂(PSAM+CH。NaS)一偶氮盐(AZ。)为引发体系,通过水溶液聚合生成高相对分子质量的阳离子型聚丙烯酞胺P(DADMAC-AM)。研究表明:低温和高温引发反应的适宜温度分别为15℃和50℃,氧化剂和还原剂的最佳质量比为7.5:1,氧化一还原剂、偶氮盐与两种单体质量和的质量比分别为0.155%-0.187%和0.0275%'0.0415%时,生成阳离子单体与两种单体质量和的质量比为26%,30%,35%的阳离子聚丙烯酞胺,相对分子质量可达1445万、1000万和910万。以(NH4)2S20g-NaHS。:为氧化还原引发剂,通过水溶液聚合法合成了阳离子有机高分子聚合物PDA,研究了单体配比、引发剂用量、反应温度、反应pH对聚合物PDA的特性粘数影响,并且对聚合物的絮凝和脱色性能进行了研究。结果表明,比较优聚合方案为m(DMDAAC):m(AM卜1:4;引发剂(NH4)2S20g-NaHS。:的用量为单体的0.5%;反应温度为50℃;反应PH为3。PDA的投加量为90mg/L时,垃圾渗沥水的COD去除率可以达到73.45%,色度去除率达到91.06%。
  (2)利用AM与DMC制备阳离子聚丙烯酞胺
  P(DMC-AM)是一种线型阳离子水溶性高聚物,作为絮凝剂被广泛应用于污水处理中,尤其是废水中含有有机污泥和生化污泥的脱水处理。
  P(DMC-AM)的制备工艺与P(DADMAC-AM)的相似,但是与DADMAC相比,DMC与AM的竞聚率差别没那么大,因此可以同时获得高特性粘数和高阳离子度的共聚物。采用氧化还原剂和偶氮类化合物组成的复合引发剂引发AM和DMC进行水溶液聚合,得到P(DMC-AM)。研究表明:在反应体系PH=4.5,单体质量分数为40%,阳离子度为40%,反应时间为2.5h,烘干温度为60℃,时间为16h的条件下,得到的阳离子聚丙烯酞胺产物特性粘数为13.4dL德,且产品的絮凝效果与国外同类产品相当。通过反相乳液聚合制备了絮凝性能优异的高分子阳离子聚丙烯酞胺产品P(DMC-AM),研究了相对分子质量、废水PH、药剂投加量、阳离子度等对造纸废水絮凝效果的影响。
  结果表明当相对分子质量为430万到460万,药剂投加量为l.lw1.3mg/L,阳离子度为33%-38%,废水PH为3w条件下,CODcr去除率可达89%,透光率接近100%。
  (3)利用AM与DAC制备阳离子聚丙烯酞胺
  P(DAC-AM)的制备与利用DMC生产阳离子聚丙烯酞胺的生产工艺相似,但与DMC相比,DAC的结构中没有2一甲基基团,空间阻力小,聚合活性高,因而容易得到较高特性粘数的产品。另外,产物分子链中没有2一甲基,亲水性会相对较好,更易溶解。
  采用(NH4)2S20g,CH3Na03S"2H20和偶氮类化合物组成的复合引发体系引发AM和DAC单体进行水溶液聚合,在PH=6,(NH4)2S20:和CH3Na03S"2H20总质量分数为0.0125%,质量比为1:1,偶氮类化合物质量分数为0.0125%,单体质量分数为35%,阳离子度为30%,反应温度为25℃条件下,得到特性粘数为13.85dL/g的阳离子聚丙烯酞胺絮凝剂。在对污泥进行处理时,当其加入量为0.027%时,上层清液透光率为99.6%,污泥脱水率为90.5%。
  采用氧化还原引发剂和偶氮化合物组成的复合引发体系,引发丙烯酞胺与丙烯酞氧乙基三甲基氯化按共聚合制备了高相对分子质量的阳离子聚丙烯酞胺。研究了单体含量、溶液PH、助剂用量、复合引发体系中氧化剂、还原剂与偶氮化合物配比及用量等对聚合产物性能的影响。研究表明:在单体质量分数为30%聚合溶液体系PH为3,助溶剂用量为单体用量的4%-S%,复合引发体系氧化剂、还原剂与偶氮化合物体积配比为1:1:1,干燥温度为90℃以下条件下,可以制得相对分子质量为1000-1200、阳离子度为30%的阳离子聚丙烯酞胺产品。
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