專利名稱：特高分子聚丙烯酰胺凈水劑及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特高分子聚丙烯酰胺凈水劑及其生產(chǎn)方法。
本發(fā)明的特高分子聚丙烯酰胺凈水劑，其主要成分為特高分子聚丙烯酰胺，特高分子聚丙烯酰胺的陽離子度高達(dá)45～70％，分子量達(dá)2000萬～5000萬，快速溶解于水中，產(chǎn)品符合國際標(biāo)準(zhǔn)。是目前國際上先進(jìn)的水處理劑。通過化學(xué)合成的辦法開發(fā)成功了特高分子聚丙烯酰胺(SPAM)凈水劑原料，其陽離子度高達(dá)60％，分子量達(dá)2300萬(而一般的陽離子聚丙烯酰胺的分子量在100-1000萬，陽離子度為15％-45％，在水中溶解緩慢，達(dá)4-6小時)，本發(fā)明的特高分子聚丙烯酰胺凈水劑可在水中快速溶解為無色或淡黃色透明液體，是一種新型高效無毒高分子凈水劑，其主要性能指標(biāo)為外觀 無色或類白色固體分子量≥2300萬溶解性全溶(小于0.5小時)殘余單體 ≤0.2％固含量≥95％可廣泛用于地表水源飲用水、工業(yè)用水及污水和廢水的處理。該產(chǎn)品以丙烯酰胺與甲基丙烯酸酯兩種單體為原料，在一定壓力、溫度下經(jīng)催化、共聚、共沸脫水、加醇、除烴等步驟，而得到的。產(chǎn)品作用機(jī)理，在含有懸浮固體粒子的水體中加入SPAM絮凝劑時，絮凝劑分子的極性基團(tuán)與固體粒子的表面通過產(chǎn)生氫鍵的形式相吸附。絮凝劑的長鏈分子的側(cè)鏈酰胺基(-CONH2)是活性基團(tuán)，數(shù)以萬計的可被吸附的活性基團(tuán)將固體粒子粘結(jié)起來，形成網(wǎng)架，成為粗大而結(jié)構(gòu)很好的固粒而沉降下來。使之克服原來的分子內(nèi)締合作用，充分發(fā)揮絮凝效果。
使用方法
1、給水在有預(yù)沉池的給水廠，可將本產(chǎn)品配制成0.1％的濃度直接加入預(yù)沉池的進(jìn)水口，本使用方法可節(jié)約劑費用20～40％。
2、污水對污水處理，將本品與微生物活菌凈水劑復(fù)配使用(凈水劑系列產(chǎn)品)，加量與源水濁度高低成正比。
本發(fā)明的特高分子聚丙烯酰胺(SPAM)高效絮凝劑，其陽離子度高達(dá)60％，分子量達(dá)2300萬，殘余單體含量低，可在水中快速溶解為無色或淡黃色透明液體，是一種新型高效無毒高分子凈水劑，可廣泛用于地表水源飲用水、工業(yè)用水及各類污水和廢水的處理。由于本品具有優(yōu)異的水溶性和極高的陽離密度，一般情況下，其使用量僅為一般陽離子聚丙烯酰胺的1/3-1/2，是無機(jī)凈水劑的1/10-1/30。因此具有普通有機(jī)及無機(jī)凈水劑不可比擬的水處理質(zhì)量和水處理成本。本產(chǎn)品作為一種新型強(qiáng)陽離子性高分子凈水劑，除具備常用高分子混凝劑的物有的強(qiáng)烈吸附、架橋能力外，還具有普通合成高分子不可比擬的強(qiáng)電中和作用，比無機(jī)凈水劑的絮凝效果高幾十倍至幾百倍，并大量減少了污泥量。另外，本產(chǎn)品具有極強(qiáng)的除濁、除色、除臭及消除一些有害物質(zhì)的能力，尤其對高濁度及高污染水體效果更為顯著，是一種提高水處理質(zhì)量，減少水處理成本的理想藥劑。與目前國內(nèi)普遍使用的聚丙烯酰胺比較，不僅分子量大，達(dá)2300萬，符合國際標(biāo)準(zhǔn)，而且無毒，是目前較先進(jìn)的水處理藥劑。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便等優(yōu)點。我們研究成功的SPAM原料，結(jié)合本公司已有的微生態(tài)活菌劑，根據(jù)作用對象不同，開發(fā)研制了凈水系列產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品消除水中有害微生物強(qiáng)力強(qiáng)，可調(diào)節(jié)和恢復(fù)水體的生態(tài)平衡。廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，尤其是在遇到高溫、多雨、災(zāi)后水質(zhì)處理、預(yù)防魚病的水質(zhì)處理等，效果顯著。其具體實施方式
，結(jié)合以下實施例子，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明根據(jù)廢水的不同成分和性質(zhì)，制備了一系列陽離子型高分子凈水劑。試驗采用水溶液聚合法，共聚反應(yīng)式如下取一定摩爾比二烯丙基二甲基氯化銨與已經(jīng)過預(yù)處理的丙烯酰胺單體于容器內(nèi)，加入去離子水，調(diào)節(jié)pH，吹N2除氧氣，加入少量引發(fā)劑，控制反應(yīng)溫度30～50℃，反應(yīng)時間8～10h，經(jīng)共聚、共沸脫水、加醇、除烴等過程，待反應(yīng)結(jié)束，加入通用的添加劑，將此混合物干燥、粉碎，即得產(chǎn)品。其物性參數(shù)如表1所示。
表1 高分子凈水劑物性參數(shù)

本試驗制備的高分子凈水劑相對分子質(zhì)量較高，可達(dá)到2000～2500萬，易溶于水，在任何pH范圍內(nèi)都帶正電，絮凝能力強(qiáng)，無腐蝕性和刺激性，不污染環(huán)境，在常溫下能長時間保存。1試驗1.1試驗儀器與試劑6組攪拌葉片的混凝攪拌機(jī)；濁度計和pH計；聚丙烯酰胺；氫氧化鈉；硫酸鋁或聚合氯化鋁；1L燒杯；各種刻度吸管。1.2試驗條件及方法按《給水處理》和《水處理工程理論與應(yīng)用》中介紹的凝聚試驗方法，模擬凈水生產(chǎn)工藝的混合攪拌條件為攪拌轉(zhuǎn)速150r/min，攪拌時間3min；絮凝反應(yīng)攪拌條件為攪拌轉(zhuǎn)速50r/min，攪拌時間10min。觀察并記錄礬花形成情況，靜止沉淀10min，同時觀察并記錄礬花沉淀情況和檢測上清液濁度及pH值。當(dāng)出現(xiàn)常用凈水方法不能凈化處理原水時，首先應(yīng)進(jìn)行最優(yōu)投礬量試驗選出最佳投礬量，然后進(jìn)行模擬凈水生產(chǎn)的助凝沉降試驗，最后將助凝試驗結(jié)果運用到凈水生產(chǎn)實際中。1.3試驗結(jié)果1.3.1聚丙烯酰胺最佳投量表1的結(jié)果表明聚丙烯酰胺作為凈水助凝劑，其最佳投量是0.03～0.4mg/L。在凈水生產(chǎn)中也證明了投加量少于0.03mg/L時它的助凝效果不顯著；超過0.4mg/L時它的助凝作用過快，形成的礬花顆粒很大，易造成大量的污泥沉積在反應(yīng)池的后部和沉淀池的前部，沉淀池的長度和面積不能充分利用，影響反應(yīng)沉淀效果。1.3.2助凝劑最佳投加點聚丙烯酰胺作為凈水助凝劑，其投入點是決定助凝沉淀效果好壞的關(guān)鍵。表2的試驗結(jié)果和在凈水生產(chǎn)中應(yīng)用結(jié)果表明在絮凝反應(yīng)總時間的1/2～2/3間加入聚丙烯酰胺可獲得最佳的助凝沉淀效果。如果和混凝劑同時投加則毫無助凝效果；如果在絮凝反應(yīng)總時間的前或后1/3的時間里加入，其助凝效果都不顯著。過早加入，細(xì)小的礬花未形成；過遲加入其聚合網(wǎng)捕作用時間不充分，助凝效果無法發(fā)揮。2聚丙烯酰胺水解(堿化)在溶解聚丙烯酰胺的同時加入一定比例的氫氧化鈉，溶解后放置8h左右使之充分水解(堿化)，經(jīng)水解后可使聚丙烯酰胺卷曲的高分子鏈充分伸展開，大大地增加了它和細(xì)小礬花顆粒相碰和吸附的機(jī)會，使聚丙烯酰胺的吸附架橋網(wǎng)捕作用得到充分的發(fā)揮，從而進(jìn)一步提高助凝效果。實際應(yīng)用經(jīng)驗表明，現(xiàn)配現(xiàn)用的水解比(堿化比)要大一些，一般選用1∶0.2為宜，即1g聚丙烯酰胺加入0.2g氫氧化鈉。如果水解時間能滿足8h，水解比應(yīng)選用1∶0.01～1∶0.05。水解比越大所需水解時間就越短，但水解比過大會造成凈化后的水質(zhì)pH值升高。如果使用水解度為30％以上的陰離子型聚丙烯酰胺，即可免去水解步驟。3生產(chǎn)應(yīng)用自1991年初采用聚丙烯酰胺作為凈水助凝劑以來，無論原水水質(zhì)情況如何均可獲得令人滿意的助凝沉淀效果，超負(fù)荷35％左右生產(chǎn)供水也是如此。由于采用聚丙烯酰胺作為凈水助凝劑，石灣水廠1991年多供水675.66×104t，1992年多供水2 500.72×104t，1993年多供水4 376.98×104t。目前公司全部水廠已經(jīng)將聚丙烯酰胺作為凈水助凝劑經(jīng)常性投加使用，不但能夠保量優(yōu)質(zhì)供水，而且為凈水生產(chǎn)管理帶來了方便，制水成本也不會增加，同時大大提高了絮凝沉淀效果，減少一半左右的混凝劑用量，提高了沉淀池的制水能力。因此直接和間接降低了制水總成本。2凈水劑應(yīng)用試驗選擇幾個不同類型工廠的印染、洗煤、啤酒廢水和造紙中段廢水，測定了各種廢水的成分，印染廢水主要是色度、COD、BOD5含量高；洗煤廢水主要是濁度，SS高；造紙廢水色度、COD含量高。根據(jù)各種廢水的水質(zhì)特征，經(jīng)理論分析后選擇陽離子凈水劑作廢水凈化處理實驗，對凈水劑進(jìn)行配方篩選，以達(dá)到對各種廢水處理的最佳效果。2.1印染廢水處理印染廢水分為親水性染料廢水(直接、酸性、不溶性偶氮染料)和疏水性染料廢水(還原、硫化、分散染料)兩大類。水質(zhì)變化十分復(fù)雜，生成源較多，各生成源水的成分又有差異。由試驗得出，用凈水劑-I、II對酸性、活性、不溶性偶氮印染廢水凈化效果較好，去除率一般在85％～90％之間。對硫化還原印染廢水使用凈水劑-III效果較好，去除率在90％左右。出現(xiàn)上述差別，與廢水中所含基團(tuán)的性質(zhì)有密切關(guān)系。在親水性染料的分子結(jié)構(gòu)中，含有大量的SO3H、SO3Na、COOH等基團(tuán)，這些基團(tuán)由于在水中離解度大小不同，影響膠體粒子與凈水劑之間的絮凝反應(yīng)。在疏水性染料中，常含有吸電子基C＝O、C＝NH、-NH2等基團(tuán)，在酸性介質(zhì)中，這些基團(tuán)獲得電子，轉(zhuǎn)變成陽離子基團(tuán)(-NH+3)，增強(qiáng)了吸電子的能力。在這類反應(yīng)中，凈水劑所帶電荷與膠體粒子所帶電荷符號相同，它們之間的絮凝反應(yīng)以橋連-吸附作用為主。表2是通過正交試驗得出的廢水處理結(jié)果。
表2 貴陽棉紡廠印染廢水處理結(jié)果

試驗還選擇了目前常用的幾種高分子絮凝劑處理印染廢水，并與本方法的凈水劑進(jìn)行了比較。由實驗得出，其COD、色度去除率及絮凝效果都是凈水劑-I優(yōu)于其它幾種高分子絮凝劑(見表3)。
表3 不同絮凝劑處理印染廢水凈化效果比較

2.2造紙廢水處理造紙工業(yè)是環(huán)境污染最嚴(yán)重的部門之一，廢水具有濃度高、色度深，污染水量大，含纖維懸浮物多的特點。選擇凱里造紙廠和遵義新舟造紙廠排出的造紙廢水為試驗用水。前者顏色淺，濁度高、有機(jī)物含量較低。后者色度深、呈褐色，有機(jī)物含量高。通過試驗，凈水劑-I對凱里造紙廠廢水的處理效果好，凈水劑-III對新舟造紙廠廢水的處理效果較好，處理效果見表4和表5。
表4 凱里造紙廠廢水處理結(jié)果

表5 遵義新舟造紙廠廢水處理結(jié)果

工業(yè)廢水由于所生產(chǎn)的產(chǎn)品不同，廢水中所含的成分其性質(zhì)、結(jié)構(gòu)各異。本發(fā)明研究開發(fā)的陽離子型高分子凈水劑其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，適用于較寬的pH范圍，且凈化效果都在80％以上。與廢水進(jìn)行絮凝反應(yīng)時，形成的絮體大，鏈與鏈之間聯(lián)結(jié)緊密，色度去除率高。另外，該凈水劑使用成本低，用量少，一般為5～15mg/l(廢水)。因此，該凈水劑具有良好的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種特高分子聚丙烯酰胺凈水劑，其主要成分為特高分子聚丙烯酰胺，其特征在于特高分子聚丙烯酰胺的陽離子度高達(dá)45～70％，分子量為2000萬～2500萬。
2.權(quán)利要求1所述的特高分子聚丙烯酰胺凈水劑的生產(chǎn)方法，依序包括如下步驟取一定摩爾比二烯丙基二甲基氯化銨與已經(jīng)過預(yù)處理的丙烯酰胺單體于容器內(nèi)，加入去離子水，調(diào)節(jié)pH，吹N2除氧氣，加入少量引發(fā)劑，控制反應(yīng)溫度30～50℃，反應(yīng)時間8～10h，反應(yīng)結(jié)束后，加入通用的添加劑，將此混合物干燥、粉碎，即得產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明公開一種特高分子聚丙烯酰胺凈水劑及其生產(chǎn)方法，所述的特高分子聚丙烯酰胺凈水劑，其主要成分為特高分子聚丙烯酰胺，其特點為特高分子聚丙烯酰胺的陽離子度高達(dá)45～70％，分子量為2000萬～5000萬。所述的生產(chǎn)方法，依序包括如下步驟取一定摩爾比DADMA與已經(jīng)過預(yù)處理的單體AM于容器內(nèi)，加入去離子水，調(diào)節(jié)pH，吹N
文檔編號C08L33/26GK1446851SQ0211621
公開日2003年10月8日 申請日期2002年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月21日
發(fā)明者陳強(qiáng), 蘭國政 申請人:福建農(nóng)林大學(xué)動物科技研究所, 中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所