微波辅助制备聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化铝方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于环保工程技术领域，具体涉及一种微波辅助制备的高效复合混凝剂聚 丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化铝的方法及应用。
【背景技术】
[0002] 锰矿的开采与冶炼产生很大的国民经济效益，但是在开采与冶炼过程中难免产生 污染物，这些污染物当中有很大一部分已经通过雨水淋溶和地表径流进入水体，导致水体 当中锰含量超标。而随着重金属锰一同进入水体的含有广泛存在于自然界当中的腐殖酸类 物质，因此锰矿区周边水体存在重金属锰与腐殖酸的双重污染。
[0003] 目前针对这两大类污染物质的去除和处理已经研究多年，而且取得了一定的效 果，混凝法就是其中比较常用的方法。混凝沉淀去除技术在众多的水处理技术当中以其操 作更为简单、处理效果更好等优点得到广泛运用。但是常规混凝剂只是单一能够去除重金 属或者单一去除腐殖酸类物质，能够同时将这两类污染物去除的混凝剂较少，且去除效果 并不理想，因此新型高效复合混凝剂的开发研究因此也已经逐渐成为水处理剂的重要发展 方向。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的之一在于提供一种将特殊官能团的有机反应单体引入常规混凝剂 当中，并将无机有机混凝剂复合，达到理想去除效果的微波辅助制备聚丙烯酰胺-谷胱甘 妝 -氣化错方法。
[0005] 本发明的微波辅助制备聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化铝方法，包括如下顺序的步 骤：
[0006] (1)室温下，将5.0~10.0g的丙烯酰胺加入到反应容器中，再加入30ml的去离子 水，开始搅拌使丙烯酰胺溶解，充分溶解后通氮驱氧5~30min;
[0007] (2)取过硫酸铵与尿素加入烧杯，将其溶解，并加入至步骤（1)通氮保护的反应容 器中，继续通氮气5~30min，水浴加热反应1~5h，其中，水浴温度控制在20~50°C之间，即 可制得聚丙烯酰胺凝胶；
[0008] (3)将步骤(2)制得聚丙烯酰胺凝胶为反应单体，将其溶解，使质量浓度为1~10% 之间，量取l〇〇mL于三颈烧瓶中，并调节其pH值控制在1~3之间；
[0009] (4)开启搅拌装置并设置恒温水浴锅温度为20~50°C，温度稳定后，将1.0~3.0ml 甲醛溶液移至滴液漏斗中，并使其缓慢滴加至三颈烧瓶中，调节体系pH值为1.5~3之间，反 应1~4h;
[0010] (5)移入谷胱甘肽含量为0.005~1.0g的还原性谷胱甘肽溶液至滴液漏斗中，使其 缓慢滴加至三颈烧瓶中，将三颈烧瓶转移至微波反应器中，在微波功率为20~100W的微波 辐射条件下使反应体系温度迅速上升至60~120°C，然后调节微波功率在20~60W之内，使 反应温度控制在60~120°C，反应3~15min使其聚合，即可制得聚合产物聚丙烯酰胺-谷胱 甘肽；
[0011] (6)将步骤(5)制得的聚丙烯酰胺-谷胱甘肽与无机混凝剂聚合氯化铝混合后再转 移至微波反应器中，调节微波功率为20~100W，再反应2~lOmin使其聚合，在微波反应器中 反应完毕后将其取出，置于20~60°C水浴条件下，聚合反应1~5h;
[0012] (7)待步骤(6)的反应结束后，将反应混合溶液常温下放置熟化12h，即可得到聚合 物丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化铝复合混凝剂。
[0013] 具体的，步骤（2)中，所述过硫酸铵的加入量为0.004~O.Olg，尿素的加入量为 0 · 002 ~0 · 01g〇
[0014] 具体的，步骤(2)中，将硫酸铵、尿素分别溶解后依次加入到反应容器中，或者将硫 酸铵、尿素混合均匀溶解后一次性加入反应容器中。
[0015] 具体的，步骤(6)中，聚丙烯酰胺-谷胱甘肽与无机混凝剂聚合氯化铝的质量比控 制在1~5:100之间。
[0016] 本发明的目的之二在于提供上述方法微波辅助制备聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化 铝的应用，即：将聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化铝应用于去除矿山废水中重金属Mn(II)或地 表水中的腐殖酸。它具体包括如下步骤：
[0017] (1)首先，分析待处理水中Mn(II)或腐殖酸的含量；
[0018] (2)根据水中Mn(II)或腐殖酸的含量计算复合混凝剂聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化 铝的投加量，水中所含投加的混凝剂聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化铝的量为5.0~100.OmL/ L；
[0019] (3)将含有Mn(II)或腐殖酸的水输送至反应器中，按步骤(2)所述反应比例，通过 加药管向反应器中投加混凝剂聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化铝；同时，启动搅拌器将上述水 体和所述混凝剂充分搅拌，以300r/min的速度搅拌3.0分钟，然后再以50r/min的速度搅拌 10.0分钟，通过混凝剂的絮凝作用从而使水环境当中的Mn(II)离子浓度、腐殖酸浓度下降 80.0%以上；
[0020] (4)将步骤(3)处理后的水体，静置0.5~5h;通过絮凝沉降作用使水中聚丙烯酰 胺-谷胱甘肽-氯化铝及其吸附物沉降到底部。
[0021] 本发明相比于现有技术，具有如下优点：
[0022] (1)本发明提供的制备聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化铝的方法，步骤简单，聚合时间 短。
[0023] (2)本发明方法所制备的复合混凝剂聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化铝，具有无机混 凝剂与有机混凝剂的优点，因此通过本发明方法制备出的复合絮凝剂对水体中Mn(II)等重 金属以及腐殖酸有很好的去除效果。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合具体实验实例对本发明作进一步详细的描述。其中的Mn(II)表示二价锰 离子。
[0025] 实施例1:
[0026] (1)室温下，向反应容器中加入丙烯酰胺5.0g，再加入30.0 mL的去离子水搅拌，使 其充分溶解，通氮驱氧lOmin;
[0027] (2)取质量为0.006g的过硫酸铵以及质量为0.008g的尿素加入烧杯，再加入20ml 去离子水搅拌并溶解，一次性加入到反应器中，通氮驱氧l〇min;水浴温度为30°C条件下反 应3h后可得聚丙烯酰胺凝胶；
[0028] (3)量取lOOmL质量浓度为1.5%的聚丙烯酰胺(步骤2所制备)溶液于三颈烧瓶中， 并调节pH为2.5;
[0029] (4)将三颈烧瓶置于30°C水浴锅中，搅拌条件下将2.0ml甲醛移至滴液漏斗中，并 使其缓慢滴加至三颈烧瓶中反应2.5h，体系pH值控制在2.0;
[0030] (5)移入一定量的还原性谷胱甘肽溶液(其中谷胱甘肽含量为0.005g)至滴液漏斗 中，使其缓慢滴加至三颈烧瓶中，将三颈烧瓶转移至微波反应器中在微波功率为60W的微波 辐射条件下使反应体系温度迅速上升至60 °C，然后调节微波功率在20W，使反应温度控制在 60°C，聚合反应5min，即可制得聚丙烯酰胺-谷胱甘肽；
[0031] (6)将步骤(5)制备的聚丙烯酰胺-谷胱甘肽与无机混凝剂聚合氯化铝（质量比控 制在1:100)混合后再转移至微波反应器中，调节微波功率为20W，再反应5min使其聚合，在 微波反应器中反应完毕后将其取出，置于30°C水浴条件下，聚合反应5h;
[0032] (7)待步骤(6)的反应结束后，将反应混合溶液常温下放置熟化12h，即可得到聚合 物丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化铝复合混凝剂。
[0033] 实施例2:
[0034] (1)室温下，向反应容器中加入丙烯酰胺5.0g，再加入30.0 mL的去离子水搅拌，使 其充分溶解，通氮驱氧15min;
[0035] (2)取质量为0.008g的过硫酸铵以及质量为0.008g的尿素加入烧杯，再加入20ml 去离子水搅拌并溶解，一次性加入到反应器中，通氮驱氧15min;水浴温度为35°C条件下反 应3h后可得聚丙烯酰胺凝胶；
[0036] (3)量取100mL质量浓度为1.5%的聚丙烯酰胺(步骤2所制备)溶液于三颈烧瓶中， 并调节pH为2.0;
[0037] (4)将三颈烧瓶置于35°C水浴锅中，搅拌条件下将2.0ml甲醛移至滴液漏斗中，并 使其缓慢滴加至三颈烧瓶中反应2.5h，体系pH值控制在2.0;
[0038] (5)移入一定量的还原性谷胱甘肽溶液（其中谷胱甘肽含量为0.05g)至滴液漏斗 中，使其缓慢滴加至三颈烧瓶中，将三颈烧瓶转移至微波反应器中在微波功率为40W的微波 辐射条件下使反应体系温度迅速上升至60 °C，然后调节微波功率在20W，使反应温度控制在 60°C，聚合反应6min，即可制得聚丙烯酰胺-谷胱甘肽；
[0039] (6)将步骤(5)制备的聚丙烯酰胺-谷胱甘肽与无机混凝剂聚合氯化铝（质量比控 制在4:100)混合后再转移至微波反应器中，调节微波功率为20W，再反应6min使其聚合，在 微波反应器中反应完毕后将其取出，置于30°C水浴条件下，聚合反应4h