一種含鎂離子改性聚丙烯酰胺制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含鎂離子改性聚丙烯酰胺制備方法。制備方法：在四口燒瓶中加入氫氧化鎂溶液，再加入丙烯酰胺和去離子水使丙烯酰胺單體完全溶解。持續(xù)通入氮?dú)?，同時滴加氨水。將體系置于水浴內(nèi)加熱，加入過硫酸銨、亞硫酸氫鈉、尿素和EDTA。4.5～5.0小時后取出倒入燒杯，并迅速轉(zhuǎn)入真空干燥箱中培養(yǎng)出膠體，冷卻至室溫。經(jīng)異丙醇與去離子水混合溶液進(jìn)行洗滌，再用去離子水沖洗。在80℃恒溫干燥箱中干燥48小時，粉碎后獲得含鎂離子改性聚丙烯酰胺成品。本方法成熟便捷，容易控制；所制得的含鎂離子改性聚丙烯酰胺環(huán)境友好、性能優(yōu)越。在處理污水處理廠應(yīng)用中，比常規(guī)使用的聚丙烯酰胺降低了10%以上。
【專利說明】 一種含鎂離子改性聚丙烯酰胺制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種改性聚丙烯酰胺，特別是涉及一種作為污水處理廠剩余污泥脫水絮凝劑，性能佳且環(huán)境友好的含鎂離子改性聚丙烯酰胺制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國約80%污水處理廠采用了濃縮脫水一體化技術(shù)，為了達(dá)到較高脫水效果目的，在污泥脫水前進(jìn)行藥劑調(diào)理，從而提高污泥脫水性能。常用的污泥調(diào)理劑(絮凝劑)中，聚丙烯酰胺(Polyacrylamide,PAM)應(yīng)用最為普遍。聚丙烯酰胺是一種有機(jī)高分子絮凝齊U，它通過吸附架橋等作用增大污泥絮體，提高污泥沉降與脫水效果。當(dāng)前污水處理廠所使用的聚丙烯酰胺主要來于進(jìn)口，進(jìn)口聚丙烯酰胺的不菲價格，成為了各個污水處理廠運(yùn)行成本重要部分。
[0003]改性聚丙烯酰胺是指將傳統(tǒng)聚丙烯酰胺合成生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，引入不同的物質(zhì)，生產(chǎn)出性能得到提高、結(jié)構(gòu)有所改變的水溶性改性聚丙烯酰胺，使之成為性能更佳、環(huán)境友好的改性聚丙烯酰胺。
[0004]水溶液聚合是將單體和弓I發(fā)劑溶于水中，在溶液狀態(tài)下進(jìn)行的聚合反應(yīng)，是高分子合成過程中一種重要的合成方法。聚合體系的粘度比本體聚合低，混合和散熱比較容易，生產(chǎn)操作和溫度都易于控制，還可利用水的蒸發(fā)以排除聚合熱，是國內(nèi)外普遍用來制備聚丙烯酰胺的方法，此法較成熟且具有成本低廉，操作方便，從實(shí)驗室到工業(yè)化過程簡單，安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明利用水溶液聚合法制備含鎂離子的改性聚丙烯酰胺，采用的環(huán)境友好型的Mg2+，從而確保所制得的改性聚丙烯酰胺環(huán)境安全性，而且Mg2+的引入也加快聚丙烯酰胺的自然降解，減緩甚至克服含有聚丙烯酰胺的污泥回歸環(huán)境時給土壤及生物帶來的毒理學(xué)影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種制備性能優(yōu)良、環(huán)境友好的含鎂離子改性聚丙烯酰胺制備方法。利用水溶液聚合法，在聚丙烯酰胺的聚合過程中引入Mg2+，制備出具有更強(qiáng)絮凝能力的含鎂離子改性聚丙烯酰胺。
[0007]本發(fā)明的目的是通過如下方案實(shí)現(xiàn)的:
1、配方:
即配氫氧化鎂液5?1mL
丙烯酰胺(AM)90g
氫氧化鈉溶液IM
鹽酸IM
過硫酸銨70?80mg
亞硫酸氫鈉8?12 mg 尿素10?15mg
EDTA6 ?10 mg
2、制備方法
(I)取經(jīng)洗滌、干燥后的四口燒瓶，先加入即配的氫氧化鎂溶液，再加入丙烯酰胺和200mL去離子水后固定在恒溫電動攪拌器上250 r/min勻速攪拌均勻，使丙烯酰胺單體完全溶解。
[0008](2)在持續(xù)往上述體系中通入氮?dú)?8?35min的過程中，滴加氨水0.3?0.5mL，并控制溫度在35?40°C范圍。
[0009](3)將體系置于水浴內(nèi)加熱，在溫度穩(wěn)定于63?65 °C時，加入過硫酸銨、亞硫酸氫鈉、尿素和EDTA,并用氫氧化鈉溶液或鹽酸調(diào)節(jié)體系的pH在7.5?8.2范圍。
[0010](4)保持體系連續(xù)攪拌反應(yīng)，轉(zhuǎn)速為200?250 r/min,4.5?5.0小時后將反應(yīng)體系的混合液取出倒入燒杯，并迅速轉(zhuǎn)入80?82°C真空干燥箱中培養(yǎng)出膠體，然后取出冷卻至室溫。
[0011](5)采用體積比為1:1的異丙醇與去離子水混合溶液對上述培養(yǎng)出的膠體進(jìn)行4?6次洗滌，再用去離子水3?5次沖洗，除去洗滌過程產(chǎn)生白色沉淀，得到一種新型改性聚丙烯酰胺樣品。
[0012](6)經(jīng)洗滌后的樣品在80 °C恒溫干燥箱中干燥48小時，取出放入干燥器中冷卻后，用粉碎機(jī)粉碎，最終獲得含鎂離子改性聚丙烯酰胺的成品。
[0013]本發(fā)明所述的即配氫氧化鎂液是由向可溶性鎂鹽溶液中逐滴加入氫氧化鈉溶液配制而成，其中可溶性鎂鹽是指硫酸鎂、氯化鎂或硝酸鎂，可溶性鎂鹽溶液中鎂鹽的質(zhì)量濃度為2?10 g/Lo
[0014]本發(fā)明所述的持續(xù)通入氮?dú)?，其通氣量為I L/min。
[0015]所述的氨水，是指氨水與水1:1的體積混合液。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
采用水溶液聚合法，方法成熟便捷，容易控制；所制得的含鎂離子改性聚丙烯酰胺環(huán)境友好、性能優(yōu)越。在處理污水處理廠剩余污泥的應(yīng)用中，對于同樣劑量、同樣脫水設(shè)備條件，采用含鎂離子改性聚丙烯酰胺調(diào)理脫水后的污泥含水率比污水處理廠常規(guī)使用的聚丙烯酰胺降低了 10%以上。

【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1
(O取經(jīng)洗滌、干燥后的四口燒瓶，先加入5mL以氯化鎂質(zhì)量濃度為2g/L的即配氫氧化鎂液，再加入90g丙烯酰胺(AM)單體和200ml去離子水，后固定在恒溫電動攪拌器上，以250 r/min轉(zhuǎn)速勻速攪拌，使丙烯酰胺單體完全溶解。
[0017](2)向體系中持續(xù)通入氮?dú)?0min，并在此過程中滴加0.3 mL氨水。
[0018](3)將上述反應(yīng)體系放入65°C恒溫水浴鍋中加熱，同時加入70mg過硫酸銨、8mg亞硫酸氫鈉、1mg尿素和6mgEDTA,用鹽酸或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH為7.5。
[0019](4)繼續(xù)攪拌，轉(zhuǎn)速為250 r/min，連續(xù)反應(yīng)4.5小時，取出倒入燒杯，并迅速置于80 °C真空干燥箱中培養(yǎng)出膠體后冷卻至室溫。
[0020](5)采用異丙醇與去離子水的1:1混合溶液對膠體進(jìn)行4次洗滌，并用去離子水沖洗3次，除去洗滌過程產(chǎn)生白色沉淀，最終得到改性聚丙烯酰胺樣品。
[0021](6)洗滌后的樣品置于80 °C的恒溫干燥箱中干燥48小時，取出放入干燥器中冷卻至室溫后，用粉碎機(jī)粉碎，即得到含Mg2+的改性聚丙烯酰胺。
[0022]經(jīng)測定，所制備的含鎂離子改性聚丙烯酰胺中Mg2+含量為32.7ppm。
[0023]實(shí)施例2
(O取經(jīng)洗滌、干燥后的四口燒瓶，先加入5mL以硫酸鎂質(zhì)量濃度為5g/L的即配氫氧化鎂液，再加入90g丙烯酰胺(AM)單體和200ml去離子水，后固定在恒溫電動攪拌器上，以250 r/min轉(zhuǎn)速勻速攪拌，使丙烯酰胺單體完全溶解。
[0024](2)向體系中持續(xù)通入氮?dú)?2min，并在此過程中滴加0.4 mL氨水。
[0025](3)將上述反應(yīng)體系放入66°C恒溫水浴鍋中加熱，同時加入72mg過硫酸銨、1mg亞硫酸氫鈉、12mg尿素和8mgEDTA,用鹽酸或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH為7.6。
[0026](4)繼續(xù)攪拌，轉(zhuǎn)速為250 r/min，連續(xù)反應(yīng)4.75小時，取出倒入燒杯，并迅速置于80 °C真空干燥箱中培養(yǎng)出膠體后冷卻至室溫。
[0027](5)采用異丙醇與去離子水的1:1混合溶液對膠體進(jìn)行5次洗滌，并用去離子水沖洗3次，除去洗滌過程產(chǎn)生白色沉淀，最終得到改性聚丙烯酰胺樣品。
[0028](6)洗滌后的改性聚丙烯酰胺樣品置于80 °C的恒溫干燥箱中干燥48小時，取出放入干燥器中冷卻至室溫后，用粉碎機(jī)粉碎，即得到含Mg2+的改性聚丙烯酰胺。
[0029]經(jīng)測定，所制備的含鎂離子改性聚丙烯酰胺中Mg2+含量為65.4ppm。
[0030]實(shí)施例3
(O取經(jīng)洗滌、干燥后的四口燒瓶，先加入6mL以硝酸鎂質(zhì)量濃度為6g/L的即配氫氧化鎂液，再加入90g丙烯酰胺(AM)單體和200ml去離子水，后固定在恒溫電動攪拌器上，以250 r/min轉(zhuǎn)速勻速攪拌，使丙烯酰胺單體完全溶解。
[0031](2)向體系中持續(xù)通入氮?dú)?5min，并在此過程中滴加0.5 mL氨水。
[0032](3)將上述反應(yīng)體系放入68°C恒溫水浴鍋中加熱，同時加入72mg過硫酸銨、1mg亞硫酸氫鈉、12mg尿素和1mgEDTA,用鹽酸或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH為7.8。
[0033](4)繼續(xù)攪拌，轉(zhuǎn)速為200 r/min，連續(xù)反應(yīng)5小時，取出倒入燒杯，并迅速置于80°C真空干燥箱中培養(yǎng)出膠體后冷卻至室溫。
[0034](5)采用異丙醇與去離子水的1:1混合溶液對膠體進(jìn)行6次洗滌，并用去離子水沖洗4次，除去洗滌過程產(chǎn)生白色沉淀，最終得到改性聚丙烯酰胺樣品。
[0035](6)洗滌后的改性聚丙烯酰胺樣品置于80 °C的恒溫干燥箱中干燥48小時，取出放入干燥器中冷卻至室溫后，用粉碎機(jī)粉碎，即得到含Mg2+的改性聚丙烯酰胺。
[0036]經(jīng)測定，所制備的含鎂離子改性聚丙烯酰胺中Mg2+含量為102.8ppm。
[0037]實(shí)施例4
(I)取經(jīng)洗滌、干燥后的四口燒瓶，先加入5mL以硫酸鎂質(zhì)量濃度為10g/L的即配氫氧化鎂液，再加入90g丙烯酰胺(AM)單體和200ml去離子水，后固定在恒溫電動攪拌器上，以250 r/min轉(zhuǎn)速勻速攪拌，使丙烯酰胺單體完全溶解。
[0038](2)向體系中持續(xù)通入氮?dú)?2min，并在此過程中滴加0.5mL氨水。
[0039](3)將上述反應(yīng)體系放入68°C恒溫水浴鍋中加熱，同時加入75mg過硫酸銨、12mg亞硫酸氫鈉、12mg尿素和1mgEDTA,用鹽酸或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH為8.0。
[0040](4)繼續(xù)攪拌，轉(zhuǎn)速為200 r/min，連續(xù)反應(yīng)5小時，取出倒入燒杯，并迅速置于80
°C真空干燥箱中培養(yǎng)出膠體后冷卻至室溫。
[0041](5)采用異丙醇與去離子水的1:1混合溶液對膠體進(jìn)行5次洗滌，并用去離子水沖洗3次，除去洗滌過程產(chǎn)生白色沉淀，最終得到改性聚丙烯酰胺樣品。
[0042](6)洗滌后的改性聚丙烯酰胺樣品置于80 0C的恒溫干燥箱中干燥48小時，取出放入干燥器中冷卻至室溫后，用粉碎機(jī)粉碎，即得到含Mg2+的改性聚丙烯酰胺。
[0043]經(jīng)測定，所制備的含鎂離子改性聚丙烯酰胺中Mg2+含量為132.4ppm。
[0044]實(shí)施例5
(I)取經(jīng)洗滌、干燥后的四口燒瓶，先加入1mL以氯化鎂質(zhì)量濃度為4g/L的即配氫氧化鎂液，再加入90g丙烯酰胺(AM)單體和200ml去離子水，后固定在恒溫電動攪拌器上，以250 r/min轉(zhuǎn)速勻速攪拌，使丙烯酰胺單體完全溶解。
[0045](2)向體系中持續(xù)通入氮?dú)?5min，并在此過程中滴加0.5 mL氨水。
[0046](3)將上述反應(yīng)體系放入68°C恒溫水浴鍋中加熱，同時加入75mg過硫酸銨、12mg亞硫酸氫鈉、15mg尿素和1mgEDTA,用鹽酸或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH為8.5。
[0047](4)繼續(xù)攪拌，轉(zhuǎn)速為200 r/min，連續(xù)反應(yīng)5小時，取出倒入燒杯，并迅速置于80°C真空干燥箱中培養(yǎng)出膠體后冷卻至室溫。
[0048](5)采用異丙醇與去離子水的1:1混合溶液對膠體進(jìn)行6次洗滌，并用去離子水沖洗4次，除去洗滌過程產(chǎn)生白色沉淀，最終得到改性聚丙烯酰胺樣品。
[0049](6)洗滌后的改性聚丙烯酰胺樣品置于80 °C的恒溫干燥箱中干燥48小時，取出放入干燥器中冷卻至室溫后，用粉碎機(jī)粉碎，即可得到含Mg2+的改性聚丙烯酰胺。
[0050]經(jīng)測定，所制備的含鎂離子改性聚丙烯酰胺中Mg2+含量為117.1ppm0
[0051]實(shí)施例6
分別采用本發(fā)明實(shí)施案例3、實(shí)施案例4和實(shí)施案例5所制備的含鎂離子改性聚丙烯酰胺聯(lián)合聚合氯化鋁(PAC)處理初始濁度為1823 NTU石板材廢水，絮凝沉淀后測定其上清液的濁度。僅用PAC (未用聚丙烯酰胺)的絮凝沉淀后的上清液濁度為60.2NTU，而使用PAC和聯(lián)合上述3種的含鎂離子改性聚丙烯酰胺的濁度分別為21.5NTUU5.4NTU和18.8 NTU，濁度最高去除率為99.16%，效果比單獨(dú)使用PAC提高了 74.4%。
[0052]實(shí)施例7
分別采用本發(fā)明實(shí)施案例3、實(shí)施案例4和實(shí)施案例5所制備的含鎂離子改性聚丙烯酰胺以及福州市西區(qū)污水處理廠所使用分子量600-800萬的市售陽離子型聚丙烯酰胺對西區(qū)污水處理廠剩余污泥(污泥比阻2.14X1013cm/g)進(jìn)行絮凝調(diào)理，并測定調(diào)理后污泥比阻。市售陽離子型聚丙烯酰胺調(diào)理后污泥比阻為2.52 X 110 cm/g，而使用上述3種含鎂離子改性聚丙烯酰胺的調(diào)理后污泥比阻分別為1.21 X 110 cm/g、0.66X 110 cm/g和1.04X1010cm/g，其中最佳效果比市售陽離子型聚丙烯酰胺提高了 73.8%。
[0053]實(shí)施例8
在實(shí)施案例7的基礎(chǔ)上，采用板框壓濾機(jī)對4種聚丙烯酰胺調(diào)理后的污泥進(jìn)行壓榨脫水，并測定脫水后泥餅的含水率。采用市售陽離子型聚丙烯酰胺的脫水后泥餅含水率為84.2%，而使用上述3種含鎂離子改性聚丙烯酰胺的脫水后泥餅含水率分別為78.5%、73.8%和76.3%，其中最佳效果比采用市售陽離子型聚丙烯酰胺的脫水后泥餅含水率凈減少了 10.4%ο
【權(quán)利要求】
1.一種含Mg離子改性聚丙烯酰胺的制備方法，其特征是: O配方: 即配氫氧化鎂液5?1mL丙烯酰胺90g 氫氧化鈉溶液IM鹽酸IM 過硫酸銨70?80mg 亞硫酸氫鈉8?12 mg 尿素10?15mg EDTA6 ?10 mg ； 2)制備方法 (1)取經(jīng)洗滌、干燥后的四口燒瓶，先加入即配的氫氧化鎂溶液，再加入丙烯酰胺和200mL去離子水后固定在恒溫電動攪拌器上250 r/min勻速攪拌均勻，使丙烯酰胺單體完全溶解； (2)在持續(xù)往上述體系中通入氮?dú)?8?35min的過程中，滴加氨水0.3?0.5mL，并控制溫度在35?40°C范圍； (3)將體系置于水浴內(nèi)加熱,在溫度穩(wěn)定于63?65。(!'時,加入過硫酸銨、亞硫酸氫鈉、尿素和EDTA，并用氫氧化鈉溶液或鹽酸調(diào)節(jié)體系的pH在7.5?8.2范圍； (4)保持體系連續(xù)攪拌反應(yīng)，轉(zhuǎn)速為200?250r/min,4.5?5.0小時后將反應(yīng)體系的混合液取出倒入燒杯，并迅速轉(zhuǎn)入80?82°C真空干燥箱中培養(yǎng)出膠體，然后取出冷卻至室溫； (5)采用體積比為1:1的異丙醇與去離子水混合溶液對上述培養(yǎng)出的膠體進(jìn)行4?6次洗滌，再用去離子水3?5次沖洗，除去洗滌過程產(chǎn)生白色沉淀，得到一種新型改性聚丙烯酰胺樣品； (6)經(jīng)洗滌后的樣品在80°C恒溫干燥箱中干燥48小時，取出放入干燥器中冷卻后，用粉碎機(jī)粉碎，最終獲得含鎂離子改性聚丙烯酰胺的成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含Mg離子改性聚丙烯酰胺的制備方法，其特征是所述的即配氫氧化鎂液是由向可溶性鎂鹽溶液中逐滴加入氫氧化鈉溶液配制而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含Mg離子改性聚丙烯酰胺的制備方法，其特征是可溶性鎂鹽是指硫酸鎂、氯化鎂或硝酸鎂，可溶性鎂鹽溶液中鎂鹽的質(zhì)量濃度為2?10 g/Lo
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含Mg離子改性聚丙烯酰胺的制備方法，其特征是所述的持續(xù)通入氮?dú)?，其通氣量為I L/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性聚丙烯酰胺的制備方法，其特征是所述的氨水，是指氨水與水1:1的體積混合液。
【文檔編號】C08F120/56GK104356268SQ201410678526
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】鄭育毅, 余育方, 謝育紅, 林金火, 陳欽慧, 劉文偉, 劉常青 申請人:福建師范大學(xué)