高分子絮凝剂从结构上可分为阴离子型、阳离子型和非离子型。近年来,阴离子型和非离子型的聚丙烯酰胺絮凝剂在水处理领域发挥了重要的作用,应用较广,效果较好。。但对于一些含有有机质或粘土含量高已形成胶体的水体系,由于微粒表面带负电荷,致使阴离子或非离子的高分子絮凝剂不能捕捉表面电位很高的细泥,达不到处理要求。
因此,阳离子型絮凝剂的研究开发和利用日益受到人们的重视。目前,阳离子絮凝剂用于水处理,国外有不少报道,国内也展开了研究工作,但开发阳离子度高的新型阳离子絮凝剂仍受到人们的重视。
阳离子聚丙烯酰胺的合成方法有聚丙烯酰胺改性法,用Hofman降解反应或Mannich反应来接枝聚丙烯酰胺; 丙烯酰胺与阳离子丙烯酰胺共聚法。前者操作步骤简单,但阳离子度低,无机盐含量高,絮凝效果不是很理想。后者能根据单体比例控制阳离子度,无机盐含量低,且容易获得高相对分子质量的聚合物,对环境污染少。笔者合成了阳离子单体并研究了水溶液共聚法合成阳离子聚丙烯酰胺的最佳工艺条件。
1 实验部分
1.1 阳离子单体N-(二甲基氨基)甲基丙烯酰胺的合成与分析
1.1.1 合成步骤
首先在250mL四口瓶中加入甲醛,滴加二甲胺,滴完升温至指定温度,反应一定时间,产物分离提纯,即得羟甲基二甲胺。然后按n(合成的羟甲基二甲胺)ιn(丙烯酰胺)ι4，在20℃下反应20min，即得N-(二甲胺基) 甲基丙烯酰胺,并用盐酸中和,生成阳离子单体。
1.1.2 分析方法
用酸碱滴定法分析了羟甲基二甲胺的收率并用NMR氢谱确定其结构。
1.2 丙烯酰胺和N-(二甲氨基)甲基丙烯酰胺的共聚合和分析
1.2.1 阳离子聚丙烯酰胺的合成
合成的N-(二甲氨基) 甲基丙烯酰胺用浓HCl调pH为3，按一定的物质的量比加入丙烯酰胺和蒸馏水，并使单体质量分数为10%。先通高纯氮0.5h,再滴加氧化还原引发剂K2S2O8-N(C2H5)3，滴完升温,反应8h,得胶状产物共聚合的阳离子聚丙烯酰胺。
1.2.2 阳离子聚丙烯酰胺的分析
用溴化法测定阳离子聚丙烯酰胺中残留的丙烯
酰胺〔6〕。
1.3 性能测试
1.3.1 絮凝实验
配制60g/L的快色素大红3RS染料溶液作为水处理对象,在500mL烧杯中加入250mL染料水溶液,再加入0.1g左右的絮凝剂。先在500r/min下搅拌10min，使絮凝剂充分分散,随后降低转速至100r/min下,搅拌5min。静止10min后,取距液面30mm处的上层液,用721A型分光光度计在波长660 nm 处测定其透光率。
1.3.2 化学需氧量的测定
用重铬酸钾测定染料水溶液的化学需氧量,阳离子聚丙烯酰胺(质量分数1%溶液) 用量为43.2mg/L。以下其他絮凝剂的用量也是如此。
2 结果与讨论
2.1 羟甲基二甲胺合成的最佳工艺条件
首先进行了三因素三水平的实验,探讨了合成羟甲基二甲胺的工艺条件。三因素为温度、n (甲醛)ιn(二甲胺)和时间,考察了这些因素对羟甲基二甲胺收率的影响。可以看出: RB>RA>RC，说明物质的量比对羟甲基二甲胺的收率影响最大,其次是温度,影响最小的是时间。物质的量比越大,收率越高。但反应中甲醛用量过多,则会造成原料的浪费,提高生产成本,故n(甲醛)ιn(二甲胺)=2ι1最佳。温度越高,收率越高,但温度太高,会产生副反应,因此反应在55℃即可。时间影响不大,2h与2.5h差异较小,从生产成本考虑,反应2h即可。综上所述,合成羟甲基二甲胺的最佳工艺条件为A3 B3 C1，即反应温度为55℃,反应物n(甲醛)ιn(二甲胺)=2ι1，反应时间为2h。对合成羟甲基二甲胺时的分离产物用减压法除去二甲胺和甲醛,用NMR确定了最佳减压时间及羟甲基二甲胺的结构。
减压蒸馏5h时,羟甲基二甲胺的氢谱积分面积比与理论值已相当接近,说明羟甲基二甲胺已达到较高的纯度。又考虑到成本,减压5h即可。
2.2 阳离子聚丙烯酰胺共聚合的最佳工艺条件
2.2.1 阳离子聚丙烯酰胺共聚合条件
首先选择三因素:n(AM)÷ιn(阳AM)、温度及引发剂用量,固定反应时间4h，了解三因素对共聚反应的影响,为共聚合条件进行探索。
仅对阳离子聚丙烯酰胺转化率而言，A1 B1 C3(8/1，0.04%，55℃)为最佳条件。其中影响因素C>B>A，即:温度>引发剂用量>n(AM)ιn(阳AM) 。
选取转化率较高的序号1，4，8 ,并适当改变反应条件,进一步考察阳离子聚丙烯酰胺的其他性能。延长反应时间到8h，聚合后加入少量链引发剂,合成的阳离子聚丙烯酰胺经丙酮浸泡处理后,再测其性能。
延长反应时间其转化率提高很多,均达到95%以上。经分离处理后，1，4，8 三个条件合成的阳离子聚丙烯酰胺都使处理的工业废水的化学需氧量下降。但是从性能方面考虑,4即反应温度为45℃,反应时间8h，引发剂用量质量分数为0.04%.n (丙烯酰胺) ιn(阳离子丙烯酰胺)=10÷1时,产品性能较好。
共聚法合成的阳离子聚丙烯酰胺的性能明显好于丙烯酸钠与丙烯酰胺共聚物和聚合氯化铝。
选取上述最佳产品作为絮凝剂处理染料溶液,并与其他无机絮凝剂及阴离子絮凝剂比较其结果。合成的阳离子丙烯酰胺共聚物，其絮凝性能优于无机絮凝剂,优于阴离子絮凝剂,可以用于处理印染废水。
3 结论
(1) 合成羟甲基二甲胺的最佳工艺条件为:反应温度为55℃，n (甲醛)ιn(二甲胺)=2ι1 ,反应时间为2h，反应后经分离处理得到产物。
(2) 通过对阳离子聚丙烯酰胺的分析及性能测试的综合考虑,反应温度为45℃,引发剂用量质量分数为0.04%，n(丙烯酰胺)ιn (阳离子丙烯酰胺)=10÷1，反应时间为8h时,效果最好。单体转化率可达95%以上,经处理后单体质量分数≤1%，对废水的透光率有所改善,并明显降低了废水的化学需氧量。
(3) 通过共聚法合成的阳离子聚丙烯酰胺的絮凝能力明显好于阴离子的聚丙烯酰胺及无机絮凝剂聚合氯化铝,在废水处理方面有很好的应用价值。
明泉公司主要产品有：聚合氯化铝。聚合氯化铝铁。碱式氯化铝。聚丙烯酰胺。聚合硫酸铁。硫酸亚铁。等水处理药剂。欢迎广大客户来函来电洽谈业务！
电话:0371-66550817，传真:0371-66550827。手机：15037199523联系人：李先生 网站：http://www.hnjscl.com/ |
毛纺工业水污染物排放标准
