专利名称：用于去除聚氯化铝中不溶物质的加速沉降型絮凝剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及净水技术领域，尤其涉及一种阳离子型高分子絮凝剂剂及其制备工艺。
背景技术：
聚氯化铝是目前国内外广泛使用的高效混凝剂，具有用量少、污泥少、除浊高、对 出水pH影响小等优点。国家标准中对于不溶物有严格的要求，液体优等品《0. 2%，液体一 等品《0.5%，所以通常生产液体聚氯化铝的最后一步就是去除其中的不溶物。这主要有 两种方法一种是自然沉降法，一般需要7 10d左右，生产周期比较长，影响产品的质量， 不适合一些占地面积小的生产厂家，而且对于某些盐基度高的产品，由于产品黏度比较大， 不溶物难以分离，即使沉淀数天后仍然达不到国家标准中的相关要求；另一种方法是采用 板框式压滤机压滤，不仅投资大，耗电量大，而且要求产品盐基度不能过高(一般在80%以 下)，限制了产品的实用范围。 对于多数厂家，为了减少设备投资，多采用沉降法，因此，液体产品中普遍存在不
溶物过高的问题，这也成为目前国内生产液体聚氯化铝急需解决的问题。 聚丙烯酰胺是一种应用比较广泛的有机高分子絮凝剂，一般用作助凝剂，在混凝
处理过程中，通过电荷中和及吸附架桥作用增加絮体的粒径，加速其沉降从而提高混凝效
果。使用聚丙烯酰胺等有机高分子絮凝剂是加速聚氯化铝中不溶物沉淀的一种方法。但是
普通的聚丙烯酰胺对于加速聚氯化铝中不溶物沉淀的效果不明显。曾经也有过关于聚丙烯
酰胺在液体聚氯化铝制备过程中应用的报道，但是并没有大规模投入。改性聚丙烯酰胺对
液体聚氯化铝中不溶物的沉降速度及其混凝性能的影响，为液体聚氯化铝实际生产过程中
普遍遇到的问题提供了一种切实有效的解决办法。 阳离子型有机絮凝剂的合成方法主要有含烯基单体的聚合型、多胺的縮合型，以 及高分子接枝等。从反应物来看，又主要分为聚丙烯酰胺接枝及共聚物、环氧氯丙烷反应 物、季铵盐类、亚胺类等等。环氧氯丙烷与胺进行縮聚可以得到高分子化合物用于水絮凝 处理。根据所使用的胺的性质不同，可以得到不同品种、不同性能的阳离子絮凝剂。这类阳 离子絮凝剂与其他阳离子絮凝剂相比最大的特点是，他们能使用在含氯分散相的水分散体 系中，而不与氯化物起作用，从而在含氯分散相的水分散体系中使用时，不会降低其絮凝效 果，而其他阳离子絮凝剂却做不到这一点。 聚丙烯酰胺接枝主要有以下几种方式一是先羟基化，再季胺盐化反应。如我国 的马喜平等人选择了不同的反应条件，使环氧氯丙烷加成在聚丙烯酰胺的酰胺基上，然后 再进一步季铵化，得到了不同阳离子度的阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)，发现当阳离子度位 于13.2% 17.8%的时候，样品的絮凝性能最好，处理水体的上层清液的透光率可以达到 99.9% 100.0%。 二是通过Ma皿ich反应进行阳离子化。这是我国目前工厂企业生产阳 离子聚丙烯酰胺絮凝剂的主要方法，已经具有小量工业生产的能力。杨通等人在实验过程中，加入定量的甲醛和二甲胺进行Man-nich反应得到阳离子化絮凝剂，用于轻工废水的处理，在投药量为20X106的时候，得到最佳处理效果，处理后的废水水质得到很大的改善。三是利用丙烯酰胺和其他阳离子单体的共聚反应。 一般说来，只要是具有烯基的阳离子型单体就可以与丙烯酰胺进行共聚。如肖遥等用二烷基二烯丙基卤化胺与丙烯酰胺单体共聚，合成代号为DX的一系列阳离子型有机絮凝剂，对炼油污水、钻井污水都具有良好的絮凝效果。另外，郭玲香等将二乙胺与环氧氯丙烷在一定条件下进行线性聚合后再与丙烯酰胺进行共聚，合成了聚季胺盐丙烯酰胺的阳离子型絮凝剂，能明显改善煤泥水的絮凝效果。目前聚丙烯酰胺的衍生物向着有长支链的方向发展，国外在这个方面的研究比较多，但国内还是比较少的。L. Gu等人合成了 N-乙烯基甲酰胺(NVF)和聚(二甲基氨基乙基异丁烯酸基)甲基氯化铵(PDMAEMA)大分子单体的共聚物，研究了反应动力学，并将这种共聚物与线形阳离子絮凝剂进行Ti02分散模拟水样的处理比较，发现这种长支链絮凝剂无论是在阳离子组分、絮凝效率、最终出水浊度和絮体强度方面都比线形絮凝剂的效果好。他们认为主要是这种物质在水处理过程中，它的电荷集中在分子的侧链上，可以起到很好的电中和能力；而主链上没有电荷，可以在不同颗粒之间架桥，因而无论吸附架桥能力还是电中和能力都比线形絮凝剂更强。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种用于去除聚氯化铝中不溶物质的加速沉降型絮凝剂。 为了克服背景技术中存在的缺陷，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是用于去除聚氯化铝中不溶物质的加速沉降型絮凝剂，外观为白色颗粒或粉末状固体，阳离子度大于85%，分子量为500 1200万，O. 5%。的水溶液粘度超过1000mpa. s，溶解时间小于lh。 用于去除聚氯化铝中不溶物质的加速沉降型絮凝剂的制备方法，其工艺过程如下 (1)取31 58g丙烯酰胺单体固体于三角烧瓶中，加入41 64mL蒸馏水，然后在三角烧瓶上搭冷凝管、电动搅拌器和温度计，加热至40°C 75°C。完成后，把15 45g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和21 51g尿素注入到三角烧瓶中，开动电动搅拌器，恒温控制在68°C 75t:，反应5 6小时后停止，反应完成后静止冷却，用分液漏斗分离，取上层液待用； (2)待步骤(1)的上层液完全冷却后，置于500mL三口圆底烧瓶中，将烧瓶放在水浴锅中，温度控制在40°C 75°C ，加入5 15g有机硅乙烯基三甲氧基硅烷，然后在氮气保护条件下加入质量比为1. 0% 2. 5%的引发剂，最后恒温控制在68°C 75t:下聚合5 6h，得到聚合物； (3)将步骤(2)反应得到的聚合物进行造粒、干燥、粉碎，得到最终粉状絮凝剂产 本发明中所述的引发剂为K2S208-NaHS03、 (NH4)2S208_NaHS03，引发剂为氧化还原引发体系，优点是活化能较低(约40 60kJ/mo1)，可在较低温度(0 50°C )下引发聚合，而有较快的聚合速率，氧化-还原引发体系的组分可以是无机和有机化合物，性质可以是水溶性和油溶性。 本发明中所述的引发剂用量为反应物总质量的1% 5%。 本发明中所述的引发剂用量最佳为反应物总质量的2. 5% 3. 0%。 有益效果本发明制备得到的阳离子型高分子絮凝剂与其它高分子絮凝剂相比，
溶解后的胶体加入到聚氯化铝等无机高分子絮凝剂中不会形成稠状物质，能马上看到聚氯
化铝等无机高分子絮凝剂中的不溶物脱稳形成颗粒从聚氯化铝等絮凝剂中分离出来。
具体实施方式
实例1 取42gAM固体于三角烧瓶中，加入52mL蒸馏水，然后在三角烧瓶上搭冷凝管、电动 搅拌器和温度计，加热至45t:。完成后，把45g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化22g尿素注 入到三角烧瓶中，开动电动搅拌器，恒温控制在75t:，反应6小时后停止。反应完后静止冷 却，用分液漏斗分离，取上层液待用。 待上述分离后的上层液完全冷却后，置于500mL三口圆底烧瓶中，将烧瓶放在水 浴锅中，温度控制在75°C ，加入15g有机硅乙烯基三甲氧基硅烷，然后在氮气保护条件下加 入质量比为2. 5%的引发剂，最后恒温控制在75t:下聚合5 6h。 将上述反应后的聚合物进行造粒、干燥、粉碎，得到最终粉状絮凝剂产品，平均分 子量为1300万，阳离子度为90%。
实例2 取56gAM固体于三角烧瓶中，加入55mL蒸馏水，然后在三角烧瓶上搭冷凝管、电动 搅拌器和温度计，加热至7(TC。完成后，把40g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和30g尿素 注入到三角烧瓶中，开动电动搅拌器，恒温控制在75t:，反应5小时后停止。反应完后静止 冷却，用分液漏斗分离，取上层液待用。 待上述分离后的上层液完全冷却后，置于500mL三口圆底烧瓶中，将烧瓶放在水 浴锅中，温度控制在75°C ，加入10g有机硅乙烯基三甲氧基硅烷，然后在氮气保护条件下加 入质量比为2.5%的引发剂，最后恒温控制在6『C下聚合6h。 将上述反应后的聚合物进行造粒、干燥、粉碎，得到最终粉状絮凝剂产品，平均分 子量为1000万，阳离子度为81 % 。
实例3 取48gAM固体于三角烧瓶中，加入50mL蒸馏水，然后在三角烧瓶上搭冷凝管、电动 搅拌器和温度计，加热至7(TC。完成后，把25g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和26g尿素 注入到三角烧瓶中，开动电动搅拌器，恒温控制在75t:，反应6小时后停止。反应完后静止 冷却，用分液漏斗分离，取上层液待用。 待上述分离后的上层液完全冷却后，置于500mL三口圆底烧瓶中，将烧瓶放在水 浴锅中，温度控制在75°C ，加入15g有机硅乙烯基三甲氧基硅烷，然后在氮气保护条件下加 入质量比为12. 5%的引发剂，最后恒温控制在75t:下聚合5 6h。 将上述反应后的聚合物进行造粒、干燥、粉碎，得到最终粉状絮凝剂产品，平均分 子量为1200万，阳离子度为85%。
权利要求
一种用于去除聚氯化铝中不溶物质的加速沉降型絮凝剂，其特征在于外观为白色颗粒或粉末状固体，阳离子度大于85％，分子量为500～1200万，0.5‰的水溶液粘度超过1000mpa.s，溶解时间小于1h。
2. 如权利要求1所述的用于去除聚氯化铝中不溶物质的加速沉降型絮凝剂的制备方法，其特征在于其工艺过程如下(1) 取31 58g丙烯酰胺单体固体于三角烧瓶中，加入41 64mL蒸馏水，然后在三角烧瓶上搭冷凝管、电动搅拌器和温度计，加热至40°C 75°C。完成后，把15 45g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和21 51g尿素注入到三角烧瓶中，开动电动搅拌器，恒温控制在68°C 75°C，反应5 6小时后停止，反应完成后静止冷却，用分液漏斗分离，取上层液待用；(2) 待步骤(1)的上层液完全冷却后，置于500mL三口圆底烧瓶中，将烧瓶放在水浴锅中，温度控制在40°C 75°C ，加入5 15g有机硅乙烯基三甲氧基硅烷，然后在氮气保护条件下加入质量比为1. 0 % 2. 5 %的引发剂，最后恒温控制在68°C 75°C下聚合5 6h，得到聚合物；(3) 将步骤(2)反应得到的聚合物进行造粒、干燥、粉碎，得到最终粉状絮凝剂产品。
3. 如权利要求2所述的用于去除聚氯化铝中不溶物质的加速沉降型絮凝剂的制备方法，其特征在于所述的引发剂为K2S208-NaHS03或(NH4)2S208_NaHS03。
4. 如权利要求2所述的用于去除聚氯化铝中不溶物质的加速沉降型絮凝剂的制备方法，其特征在于所述的引发剂用量为反应物总质量的1% 5%。
5. 如权利要求4所述的用于去除聚氯化铝中不溶物质的加速沉降型絮凝剂的制备方法，其特征在于所述的引发剂用量最佳为反应物总质量的2. 5% 3. 0%。
全文摘要
本发明涉及净水技术领域，尤其涉及一种阳离子型高分子絮凝剂剂及其制备工艺，用于去除聚氯化铝中不溶物质的加速沉降型絮凝剂，外观为白色颗粒或粉末状固体，阳离子度大于85％，分子量为500～1200万，0.5‰的水溶液粘度超过1000mpa.s，溶解时间小于1h，发明制备得到的阳离子型高分子絮凝剂与其它高分子絮凝剂相比，溶解后的胶体加入到聚氯化铝等无机高分子絮凝剂中不会形成稠状物质，能马上看到聚氯化铝等无机高分子絮凝剂中的不溶物脱稳形成颗粒从聚氯化铝等絮凝剂中分离出来。
文档编号C02F1/52GK101786647SQ20101012760
公开日2010年7月28日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者刘建国, 王桂玉, 郭迎庆, 雷春生 申请人:常州友邦净水材料有限公司