_阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备及其絮凝性能

7.5
未完全聚合
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ENVIRONMENTALP化RO T EC工T IO N环OF C H保EMICALINDUSTRY
2007年第 27卷
2.3 复合引发体系组分对产物特性黏数的影响 在反应温度为 25 ℃、单体质量分数为 30%、阳
离子度为 30%、pH为 6.0 的条件下 , (NH4 )2 S2 O8
和 CH3 NaO3 S· 2H2 O总质量分数 、(NH4 )2 S2 O8 与 CH3 NaO3 S· 2H2 O质量比及偶氮类化合 物质量分 数对产物特性黏数的影响分别见表 3、图 1和图 2。
表 3 (NH4)2S2O8 和 CH3 NaO3 S· 2H2O总质量分数对产物特性黏数的影响
(NH4 )2 S2O8 和 CH3 NaO3S· 2H2O 诱导期 /min 总质量分数 , %
2.1 阳离子单体的选择 分别以 DMC, DAC, DMDAAC为阳离子单体 ,
在 pH为 6.0、(NH4 )2 S2 O8 和 CH3 NaO3 S· 2H2 O总 质量分数为 0.015 0%、(NH4 )2 S2 O8 与 CH3 NaO3 S· 2H2 O质 量比 为 0.7、偶 氮 类 化 合 物质 量 分 数 为 0.012 5%、单体质量分数 (AM和阳离子单体 总质 量占整个反应体系的质量分数 )为 40%、阳离子度 (阳离子单体 占 AM和阳 离子单 体之和 的质量 分 数 )为 40%、反应温度为 25 ℃的条件下 , 各阳离子 单体的聚合反应结果和产物的特性黏数见表 1。 由 表 1可见 , DAC的诱导期最短 , 达到聚合反应最高 温度的时间最短 , 产物特性黏数最高 (达 11.032 0 dl/g)。这是因为在 DAC分子结构中没有 2 -甲基 基团 , 空间阻碍小 , 聚合活性高 。 故选择 DAC为共 聚反应的阳离子单体 。
在反应器内加入一定量的 AM、DAC(或 DMC, DMAAC)、尿素和去离子水 , 搅拌均匀 , 用 2 mol/L 的 H2 SO4 调 pH至要求值 , 通入 N2 鼓泡 30 min, 加 入一定 量的 (NH4 )2 S2 O8 、 CH3 NaO3 S· 2H2 O和偶 氮类化合物引发聚合反应 , 当反应液黏稠时停止通
阳离子絮凝剂具有正电荷密度高 、水溶性好 、特 性黏数易于控制 、高效无毒 、价格低廉等优点 [ 1 ～ 4] , 被广泛用于三次采油 、造纸 、水处理等 领域[ 5, 6] , 其
中带季胺基团的阳离子聚合物是此类产品的发展趋 势 [ 7] 。孙燕霞等[ 8] 采用丙烯酰胺 (AM)与甲基丙烯 酰氧乙基三甲基氯化铵 (DMC)共聚或 AM与丙烯 酰氧乙基三甲基氯化铵 (DAC)共 聚 , 得到的共聚 物具有良好的吸附 、架桥及电中和特性 , 处理废水时
CH3 NaO3 S· 2H2 O质量比为 1.0、偶氮类化合物质 量分数为 0.012 5%、pH为 6.0的条件下 , 单体质量 分数和阳离子度对产物特性黏数的影响分别见图 3 和图 4。
[ 摘要 ] 研究了丙烯酰胺 (AM)与丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚反应制备阳离子 聚丙烯酰胺 絮凝剂的 工艺 。 实 验结果表明 , 最 佳聚 合 条 件 :pH 6.0、 (NH4 )2S2O8 和 CH3NaO3S· 2H2 O总 质 量 分数 0.0125%、 (NH4 )2 S2O8 与 CH3NaO3 S· 2H2O质量比 1.0、偶 氮类化合物质量分数 0.0125%、单体质量分数 (AM 和阳离子单 体总质量占 整个 反应体系的质量分数 )35%、阳离子度 (阳离子单体 占 AM和 阳离子 单体之和 的质量 分数 )30%、反应温 度 25 ℃。 在最佳条件下 , 所得阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的 特性黏数为 13.853 5 dl/g, 在其加入量为 0.027%的条件下处理污 泥 , 上层清液透光率达 99.6%, 污泥脱水率达 90.5%。 并用红外 光谱对阳离子聚丙烯酰胺的结构进行了表征 。 [ 关键词 ] 阳离子聚丙烯酰胺 ;丙烯酰胺 ;丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵 ;特性黏数 ;絮凝剂 [ 中图分类号 ] TQ314.253 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 1006 -1878(2007)04 -0374 -05
PreparationofCationicPolyacrylamideFlocculantand ItsFlocculatingEffect
LuHongxia, LiuFusheng, YuShitao, WangZhiping
(CollegeofChemicalEngineering, QingdaoUniversityofScienceandTechnology, QingdaoShandong266042, China)
2 结果与讨论
1.1 原料 、试剂和仪器 AM、 DAC、 DMC、 DMAAC、 尿 素 :工 业 品 ;
(NH4 )2 S2 O8 , CH3 NaO3 S· 2H2 O, H2 SO4 :分析 纯 ; 偶氮类化合物 :自制 ;污泥取自青岛市威立雅水务运 营有限公司 。
乌氏黏 度 计 :上 海 申 力玻 璃 仪 器 有 限 公 司 ; UV755B型紫外 -可见分光光度计 :上海精密科学 仪器有限公司 ;Nicolet51OP型 红外光 谱仪 :美国 Nicolet公司 。 1.2 实验方法
Abstract:Cationicpolyacrylamideflocculantwaspreparedbycopolymerizationofacrylamide(AM) andacryloyloxyethyltrimethylammonium chlorideandthepreparationprocesswasexamined.The optimum conditionsareasfollows:pH6.0, totalmassfractionof(NH4 )2 S2 O8 andCH3 NaO3 S· 2H2 O 0.012 5%, massratioof(NH4 )2 S2 O8 toCH3 NaO3 S· 2H2 O 1.0, massfractionofazocompounds 0.012 5%, massfractionofmonomer(massfractionofAM andcationicmonomertowholesystem) 35%, cationicdegree(massfractionofcationicmonomertoAM andcationicmonomer)30% and reactiontemperature25℃.Undertheconditions, theintrinsicviscosityoftheproductis13.8535 dl/g. Whentheproductisusedinthetreatmentofsewagesludgewithdosage0.027%, thetransmittanceof thesupernatantis99.6%, andthedewateringrateofthesludgeis90.5%.Thestructureofthe productwascharacterizedbyFTIR. Keywords:cationicpolyacrylamide;acrylamide;acryloyloxyethyl-trimethylammonium chloride; intrinsicviscosity;flocculant
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2007年第 27卷第 4期
阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备 及其絮凝性能
卢红霞 , 刘福胜 , 于世涛 , 王志萍
(青岛科技大学 化工学院 , 山东 青岛 266042)
本工 作采 用 (NH4 )2 S2 O8 、 CH3 NaO3 S· 2H2 O 和偶氮 类化 合物组 成的 复 合引 发体 系 , 将 DMC、 DAC、二甲 基二烯 丙基 氯化铵 (DMAAC)分 别和 AM通过水溶液聚合法合成高特性黏数的阳离子聚 丙烯酰胺 , 并对其絮凝性能进行了考察 。
N2, 继续反应 2 h后 得到白色透明胶 体 , 将胶 体于 60 ℃下干燥至恒重 , 粉碎 , 即得粉状阳离子聚丙烯 酰胺絮凝剂 。 1.3 分析方法
达到聚合反应最高温度 的时间 /min
聚合反应的 最高温 度 /℃
0.007 5
71
87
74
0.010 0
35
35
72
0.012 5
27
43
73
0.015 0
25
37
79
0.018 0
27
42
76
百度文库
产物特性黏数 / (dl· g-1) 11.075 4 12.428 7 13.084 8 12.398 9 12.278 3
阳离子单体 DMC DAC DMDAAC
表 1 各阳离子单体的聚合反应结果和产物的特性黏数
诱导期 /min 达到聚合反应最高温度的时间 /min 聚合反应的最高温度 /℃
64
60
100
20
30
105
40
60
103
特性黏数 /(dl· g-1 ) 7.828 0 11.032 0 5.205 8(部分未溶解 )
2.2 pH对产物特性黏数和溶解性的影响 在反应温度为 25 ℃、单体质量分数为 30%、阳离
子度为 30%、(NH4 )2 S2 O8 和 CH3 NaO3 S· 2H2 O总 质量分数为 0.012 5%、(NH4 )2 S2 O8 与 CH3 NaO3 S· 2H2 O质 量比 为 0.7、偶 氮 类 化 合 物 质量 分 数 为 0.012 5%的条件下 , 考察了 pH对产物特性黏数和 溶解性的影 响 , 结 果见 表 2。 由表 2 可见 , pH为 6.0时 , 产物的特性黏数最大 (达 13.065 7 dl/g), 溶 解时间最短 (为 30 min)。 这是因为 :pH较低时 , 聚 合易伴生分子内和分子间的酰亚胺化反应 , 形成支 链或交联型产物 , 使产物溶解性变差 , 导致产物的特
性黏数减小 ;pH为 7.5时 , 单体未完全聚合 。 故反 应体系较佳的 pH为 6.0。
表 2 pH对产物特性黏数和溶解性的影响
pH
特性黏数 /(dl· g-1 ) 溶解时间 /min
1.5
9.351 2
2 40
3.0
9.846 5
1 52
4.5
10.405 4
1 06
6.0
13.065 7
30
第 4期
卢红霞等 .阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备及其絮凝性能
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合成了 AM和 DMC的共聚物 , 并研究了其对染料 废水的絮凝脱色效果 。当今欧美市场上 , 大多数阳 离子 聚 丙 烯 酰 胺 絮 凝 剂 是 DAC与 AM 的 共 聚 物 [ 12] , 而在我国还少 见使用这种功 能单体的 研究 报道 。
产生的污泥量少且絮 团大而结实 。 沈俊菊等 [ 9] 也
[ 收稿日期 ] 2007 -01 -26;[ 修订 日期 ] 2007 -03 -07。 [ 收稿日 期 ] 卢红 霞 (1981— ), 女 , 山 东省 淄 博市 人 , 硕 士 生 , 主 要 从 事 精 细 化 学 品 的 合 成 研 究 。 电 话 :0532 88692215;电邮 :hongxia810608@ 126.com。 [ 通 讯 联 系 人 ] 刘 福 胜 , 电 话 :0532 - 84022735;电 邮 : 63 63 90@public.qd.sd.cn。
按照 GB12005.1— 89《聚丙烯酰胺特性黏数测 定方法 》用乌氏黏度计测定阳离子聚丙烯酰胺絮凝 剂的特性黏数 ;采用 KBr压片法 , 用红外 光谱仪对 所得阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的结构进行表征 。
阳离子聚丙烯酰胺的絮凝性能用污泥经处理后 上层清液的透光率和污泥脱水率表示 [ 10] 。
1 实验部分