專利名稱：陽離子型高分子絮凝劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水處理劑，特別是污水處理劑。
考察城市污水處理的效果，最主要的指標(biāo)是要看污泥的后續(xù)處理。如何才能使該泥順利脫水是城市生活污水和工業(yè)廢水處理的關(guān)鍵問題。當(dāng)前國內(nèi)污水處理廠和工業(yè)廢水處理站使用的高分子絮凝劑大部分是聚丙烯酰胺(PAM)，它的脫水絮凝作用原理是以架橋吸附為動(dòng)力，從而使污泥形成絮塊沉降下來，但是這樣形成的絮塊體積小，沉降速度慢、絮凝脫水效果不理想，造成水、電、人工的浪費(fèi)。
本發(fā)明的目的在于提供一種既有架橋吸附作用，又有電荷中和作用的陽離子型高分子絮凝劑及其制備方法。
本發(fā)明的目的可通過以下措施來實(shí)現(xiàn)一種陽離子型高分子絮凝劑，其特征在于它是以胺甲基聚丙烯酰胺為主要成份的無色透明膠體。
上述陽離子型高分子絮凝劑的制備方法，其特征在于A、反應(yīng)原料及催化劑間有如下重量比例關(guān)系聚丙烯酰胺(含量以100％計(jì))∶甲醛(含量以38％計(jì))∶二甲胺(含量以40％計(jì))∶水∶過硫酸鹽＝0.58～1.17∶0.80～0.9∶1∶46～50∶0.0021～0.003，B、操作步驟如下a、將聚丙烯酰胺加到去離子水中攪拌使之完全溶解，b、加入苛性堿水溶液調(diào)整溶液的PH值，使之在8～9之間，c、加入過硫酸鹽催化劑，
d、加入甲醛，控制反應(yīng)溫度在48～52℃，甲醛加完后保溫反應(yīng)1小時(shí)，e、加入二甲胺，控制反應(yīng)溫度在68～72℃，二甲胺加完后保溫反應(yīng)1小時(shí)。上述的聚丙烯酰胺是采用下述方法制備的，即向含量為30％丙烯酰胺單體中加入去離子水，使丙烯酰胺的含量為8～10％，再加入丙烯酰胺重量的2.1×10-4～3×10-4倍的過硫酸鹽催化劑，在60℃溫度下，攪拌反應(yīng)10～60分鐘。最好用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)容器內(nèi)的空氣，且氮?dú)獾膲毫?～3kg/cm2。所用的水為去離子水。
本發(fā)明的高分子絮凝劑為無色透明狀膠體，易溶于水、分子量1000～1200萬，密度為5.4(25℃)，比重0.93(25℃)、PH值8.0±0.1(1％水溶液)。該絮凝劑的主要成份為胺甲基聚丙烯酰胺，其結(jié)構(gòu)式如下
它是以聚丙烯酰胺、二甲胺及甲醛為原料、在有催化劑的條件下制備而成，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下
本發(fā)明的主要原料為聚丙烯酰胺，其分子量為500萬以上。本發(fā)明的原料還有甲醛、二甲胺、水(最好是去離子水)和催化劑。本發(fā)明采用的催化劑為過硫酸鹽，如過硫酸鉀、過硫酸鈉和過硫酸銨等。上述原料之間有如下重量比例關(guān)系，即聚丙烯酰胺(含量以100％計(jì))∶甲醛(含量以38％計(jì))∶二甲胺(含量以40％計(jì))∶水∶過硫酸鹽＝0.58～1.17∶0.80～0.9∶1∶46～50∶0.0021～0.003。
本發(fā)明絮凝劑的制備工藝如下1、將聚丙烯酰胺加入到水或去離子水中，攪拌使之完全溶解。
2、加入苛性堿，如苛性鈉、苛性鉀，調(diào)整溶液的PH值，使其在8～9之間。
3、加入催化劑過硫酸鹽，并攪拌均勻。
4、向上述溶液中加入甲醛，控制反應(yīng)溫度在48～52℃，待甲醛加完后保溫反應(yīng)1小時(shí)。
5、然后升溫到68～72℃，加入二甲胺并控制反應(yīng)在上述溫度下進(jìn)行，待二甲胺加完后保溫反應(yīng)1小時(shí)，得到的無色透明膠體溶液即為陽離子型高分子絮凝劑。
上述反應(yīng)最好用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)容器內(nèi)的空氣，反應(yīng)容器內(nèi)氮?dú)獾膲毫?～3kg/cm2。
最好上述的聚丙烯酰胺采用如下方法制備向含量為30％的丙烯酰胺單體中加入去離子水，使丙烯酰胺的含量為8～10％，再加入丙烯酰胺重量2.1×10-4～3×10-4倍的過硫酸鹽催化劑，在60℃溫度下攪拌反應(yīng)10～60分鐘，即可得到分子量為1000萬以上的聚丙烯酰胺。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明的絮凝劑具有分子量高、帶正電荷的特點(diǎn)，因此在給水與污水處理方面的作用原理既有架橋吸附作用，又有電荷中和作用。同液體中的懸浮顆?；炷龝r(shí)間短，形成的絮塊大，沉降速度快，絮塊更密實(shí)。沉降的污泥脫水更徹底，無二次污染。
2、用本發(fā)明生產(chǎn)的高分子絮凝劑處理的污泥可當(dāng)復(fù)合農(nóng)家肥使用，不會(huì)造成土壤的板結(jié)。
3、本發(fā)明絮凝劑制備工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備投資小。生產(chǎn)周期短、聚合反應(yīng)的時(shí)間僅是原來的一半，原料易得、生產(chǎn)成本低。
4、本發(fā)明絮凝劑與現(xiàn)有的絮凝劑某些技術(shù)指標(biāo)的對(duì)比數(shù)據(jù)
例1取80公斤丙烯酰胺晶體，溶解于盛有920公斤去離子水的1000立升反應(yīng)釜中。緩慢升溫到50℃，加入40克過硫酸鉀催化劑，在60℃溫度下攪拌使之充分反應(yīng)，保溫1小時(shí)后得到分子量為1000～1200萬的聚丙烯酰胺。
取850公斤上述聚丙烯酰胺，溶解到內(nèi)盛4000公斤去離子水的反應(yīng)釜中，攪拌使之完全溶解。待充分溶解后加入5公斤(以99％計(jì))氫氧化鈉調(diào)溶液的PH值，使溶液的PH值為8～9。再加入240克過硫酸鉀，然后用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)容器內(nèi)的空氣，反應(yīng)容器中氮?dú)獾膲毫?～3kg/cm2。向上述溶液中加入74.4公斤甲醛、控制反應(yīng)溫度在48～52℃，待甲醛加完后，保溫反應(yīng)1小時(shí)。然后繼續(xù)升溫68～72℃加入85公斤二甲胺，并控制反應(yīng)在該溫度下進(jìn)行，待二甲胺加完后保溫反應(yīng)1小時(shí)，得到的無色透明膠體即為陽離子型高分子絮凝劑。
例2
取250kg含量為30％的丙烯酰胺水溶液，投加到內(nèi)盛650kg去離子水的1000立升反應(yīng)釜中，緩慢升溫到50℃時(shí)，加入32.5克過硫酸銨催化劑，在60℃溫度下攪拌，使之充分反應(yīng)10分鐘以后放料，到內(nèi)襯塑料袋的塑料桶中，封口使之靜態(tài)聚合，既可得到聚丙烯酰胺膠體。
取124公斤上述聚丙烯酰胺，溶解到內(nèi)盛727.8公斤去離子水的反應(yīng)釜中，攪拌使之完全溶解。待充分溶解后加入0.8公斤(以99.8％計(jì))氫氧化鈉調(diào)溶液的PH值，使溶液的PH值為8～9。再加入100克過硫酸銨，向上述溶液中加入13.6公斤甲醛，控制反應(yīng)溫度在48～52℃，待甲醛加完以后保溫反應(yīng)一小時(shí)。然后繼續(xù)升溫68～72℃，加入17.2公斤二甲胺，并控制反應(yīng)在該溫度下進(jìn)行，待二甲胺加完后保溫反應(yīng)一小時(shí)，得到無色透明陽離子型高分子絮凝劑膠體。
例3重復(fù)例2的操作，其中聚丙烯酰胺238公斤，自來水730公斤，氫氧化鉀1公斤，過硫酸鉀100克，甲醛16.6公斤，二甲胺19.2公斤。
例4稱取36公斤非離子型聚丙烯酰胺干粉，用投料器緩慢投加到內(nèi)盛3000公斤去離子水的5000立升反應(yīng)釜中，使之充分溶解。待充分溶解后加入2.7公斤氫氧化鉀(以含量99.8％計(jì))用以調(diào)節(jié)上述溶液的PH值，使溶液的PH值保持在8～9的范圍內(nèi)。再加入300克過硫酸鈉，然后使反應(yīng)溶液升溫到48～50℃時(shí)，滴加42公斤的甲醛溶液，然后繼續(xù)升溫到68～72℃，再加入50公斤的二甲胺，加完后保溫反應(yīng)1小時(shí)，得到無色透明陽離子型高分子絮凝劑。
例5重復(fù)例4的操作，其中8％非離子型聚丙烯酰胺750公斤，去離子水2237公斤，氫氧化鈉2.5公斤，過硫酸鈉180克，甲醛50.8公斤，二甲胺60公斤。
例6將含量為8％的丙烯酰胺單體水溶液1000公斤直接用離心泵抽吸到反應(yīng)釜中，反應(yīng)溫度在60℃左右時(shí)，加入32克的過硫酸鈉，攪拌使之充分反應(yīng)，10分鐘以后放料到內(nèi)襯有塑料袋的塑料桶中，封口使之靜態(tài)自聚，即得到聚丙烯酰胺膠體。
稱取上述聚丙烯酰胺膠體1230公斤投加到內(nèi)盛3776.4公斤去離子水的5000立升反應(yīng)釜中，攪拌使之充分溶解。待溶解充分后加入4.8公斤(以100％計(jì))氫氧化鈉水溶液，調(diào)整反應(yīng)液的PH值在8～9之間。再加入240克過硫酸鈉。然后充入氮?dú)庵脫Q反應(yīng)釜中的空氣，保持反應(yīng)釜的壓力在2.3kg/cm2。將反應(yīng)液升溫到48～52℃，加入74.4公斤的甲醛充分反應(yīng)1小時(shí)后，繼續(xù)升溫到68～72℃時(shí)，加入85公斤二甲胺，恒溫反應(yīng)60分鐘后放料，即可得到陽離子型高分子絮凝劑。
注本申請(qǐng)文件所用的百分比均為重量百分比。陽離子聚丙烯酰胺陽離子度測(cè)試方法附件1一、儀器及試劑1、分光光度計(jì)，帶3cm比色皿；2、電子攪拌器；3、50ml比色管，20支。
4、1000ml容量瓶。
5、鹽酸溶液0.1mol/L。量取0.9ml鹽酸，溶于100ml水、搖均；6、聚乙烯基磺酸鉀陰離子標(biāo)準(zhǔn)溶液約0.0025mol/L。
7、加苯胺藍(lán)1％水溶液。稱取1克鉀苯胺藍(lán)，溶于水、稀釋100ml。
二、操作步驟1、準(zhǔn)確稱取1克(精確至0.0002克)陽離子聚丙稀酰胺粉末，在電磁攪拌器攪拌下溶于100ml蒸餾水，并轉(zhuǎn)移至1000ml容量瓶中，稀釋至刻度、搖勻。
2、取10支50ml比色管，用移液管分別加入2ml溶液1，鹽酸溶液0.5ml，1％甲苯胺藍(lán)溶液0.5ml。然后分別加入0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0ml聚乙烯基磺酸鉀陰離子標(biāo)準(zhǔn)溶液，并用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，靜置5min。于630nm波長下，以蒸餾水作參比，用3cm比色皿分別測(cè)量其吸光度。以聚乙烯基碘酸鉀溶液加入體積為橫坐標(biāo)，以吸光度為縱傳標(biāo)繪制吸光度曲線。
3、用蒸餾水代替陽離子聚丙烯酰胺溶液，按2步驟作空白實(shí)驗(yàn)。在同坐標(biāo)系下以聚乙烯基磺酸鉀溶液加入體積為橫坐標(biāo)，以吸光度為縱坐標(biāo)繪制吸光度曲線。
三、計(jì)算取兩條吸光度曲線平行部分間的任意兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)橫坐標(biāo)上的兩點(diǎn)之差為ΔV，即為共聚陽離子聚丙烯酰胺樣品所消耗的陰離子標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積。
以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示的陽離子度A按式計(jì)算A=C·Δv·207.5m·X·1000×100]]>式中C聚乙烯基磺酸鉀溶液的濃度，mol/L；▲V聚乙烯基磺酸鉀溶液消耗的體積，ml；207.5陽離子聚丙烯酰胺中DMC鏈節(jié)的相對(duì)分子質(zhì)量；m被測(cè)樣品的質(zhì)量，g；X樣品的固含量。
權(quán)利要求
1.一種陽離子型高分子絮凝劑，其特征在于它是以胺甲基聚丙烯酰胺為主要成份的無色透明膠體。
2.上述陽離子型高分子絮凝劑的制備方法，其特征在于A、反應(yīng)原料及催化劑間有如下重量比例關(guān)系聚丙烯酰胺(含量以100％計(jì))∶甲醛(含量以38％計(jì))∶二甲胺(含量以40％計(jì))∶水∶過硫酸鹽＝0.58～1.17∶0.80～0.9∶1∶46～50∶0.0021～0.003，B、操作步驟如下a、將聚丙烯酰胺加到去離子水中攪拌使之完全溶解，b、加入苛性堿水溶液調(diào)整溶液的PH值，使之在8～9之間，c、加入過硫酸鹽催化劑，d、加入甲醛，控制反應(yīng)溫度在48～52℃，甲醛加完后保溫反應(yīng)1小時(shí)，e、加入二甲胺，控制反應(yīng)溫度在68～72℃，二甲胺加完后保溫反應(yīng)1小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陽離子型高分子絮凝劑的制備方法，其特征在于上述的聚丙烯酰胺是采用下述方法制備的，即向含量為30％丙烯酰胺單體中加入去離子水，使丙烯酰胺的含量為8～10％，再加入丙烯酰胺重量的2.1×10-4～3×10-4倍的過硫酸鹽催化劑，在60℃溫度下，攪拌反應(yīng)10～60分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陽離子型高分子絮凝劑的制備方法，其特征在于用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)容器內(nèi)的空氣，且氮?dú)獾膲毫?～3kg/cm2。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陽離子型高分子絮凝劑的制備方法，其特征在于所用的水為去離子水。
全文摘要
一種陽離子型高分子絮凝劑,它是以胺甲基聚丙烯酰胺為主成分的無色透明膠體,它是以聚丙烯酰胺、甲醛、二甲胺、去離子水為原料,以過硫酸鹽為催化劑,將聚丙烯酰胺溶到水中,用苛性堿調(diào)pH值在8～9,加入催化劑,加入甲醛,于48～52℃溫度反應(yīng)1小時(shí),再加入二甲胺,于68～72℃溫度反應(yīng)1小時(shí)。本發(fā)明產(chǎn)物同液體中顆?；炷龝r(shí)間短,形成的絮塊大,沉降速度快,沉降的污泥脫水徹底,無二次污染。
文檔編號(hào)C08F8/00GK1247838SQ9811432
公開日2000年3月22日 申請(qǐng)日期1998年9月17日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月17日
發(fā)明者呂廣明, 仲劍初, 孫晶 申請(qǐng)人:呂廣明, 仲劍初, 孫晶