一種陽離子有機(jī)硅聚丙烯酰胺絮凝劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種有機(jī)硅絮凝劑及其制備方法，特別涉及一種陽離子有機(jī)硅聚丙烯 酰胺絮凝劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 有機(jī)高分子絮凝劑是一類利用有機(jī)單體經(jīng)化學(xué)聚合或高分子化合物共聚而成的 有機(jī)高分子化合物，由于其高分子鏈上加入了極性基團(tuán)使其具有了電中和特性。合成有機(jī) 高分子絮凝劑按所帶電荷種類可分為陽離子型、陰離子型、非離子型和兩性型等多種。陰離 子型的有部分水解聚丙烯酰胺、聚苯乙烯磺酸鹽、聚丙烯酸鹽等。非離子型的有PAM、聚氧乙 烯、聚氧丙烯、聚乙烯醇等。非離子型和陰離子型的絮凝劑絮凝作用主要以橋連作用為主， 故要求分子量很大才起作用。
[0003] 污水中的乳化油及懸浮顆粒表面常攜帶負(fù)電荷，使陽離子絮凝劑用作含油污水處 理劑倍受重視。它可以降低油滴及懸浮固體表面的電荷，降低該體系的穩(wěn)定性，還可在油滴 及其懸浮固體顆粒間產(chǎn)生橋聯(lián)，使之成大顆粒從水中濾除。目前研究及應(yīng)用較多的有機(jī)陽 離子絮凝劑主要為聚丙烯酰胺與陽離子單體的共聚物，如二甲基二炳基氯化胺-丙烯酰胺 (PDADMA-AM)共聚物及（甲基）丙烯酰氧乙基三甲基氯化胺-丙烯酰胺（DMC-AM)共聚物 [3-6]等。有機(jī)陽離子絮凝劑的電荷密度及陽離子度越高，電中和作用越強(qiáng)，但成本也越高。 目前在油田中廣泛使用的絮凝劑大多是對(duì)無機(jī)陽離子絮凝劑進(jìn)行改性或是復(fù)配而得到的， 有機(jī)高分子絮凝劑雖然絮凝效果好，但由于價(jià)格較高，應(yīng)用受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種陽離子有機(jī)硅聚丙烯酰胺絮凝劑。該絮凝劑引入了可聚 合有機(jī)硅陽離子單體，該有機(jī)硅陽離子單體是利用丙烯酸二甲氨基乙酯或甲基丙烯酸二甲 氨基乙酯與鹵代硅烷的季胺化反應(yīng)來制備。該單體利用硅與氮之間的絡(luò)合作用而使絮凝劑 聚合物分子鏈間的相互作用增強(qiáng)，從而有更強(qiáng)的吸附架橋作用，因此能獲得更強(qiáng)的絮凝能 力；同時(shí)，有機(jī)硅基團(tuán)的引入可增強(qiáng)聚合物的表面活性，增加了與污水中的有機(jī)物間的相互 作用，降低有機(jī)物的親水性，加快有機(jī)物含有污水的破乳和分離，因此本發(fā)明的陽離子有機(jī) 硅聚丙烯酰胺絮凝劑具有高效破乳除油性能以及對(duì)污水中有機(jī)物高效的吸附性能。
[0005] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種陽離子有機(jī)硅聚丙烯酰胺絮凝劑的制備方法。該 制備方法操作簡(jiǎn)單，原料價(jià)廉易得，對(duì)設(shè)備無特殊要求。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] -種陽離子有機(jī)硅聚丙烯酰胺絮凝劑，其結(jié)構(gòu)式為：
[0008]
[0009] 其中：Rl為H或CH3 ;R2、R3、R4分別為H或碳原子數(shù)為1-10的有機(jī)基團(tuán)或鹵代有 機(jī)基團(tuán)；X為鹵素。
[0010] -種陽離子有機(jī)硅聚丙烯酰胺絮凝劑，利用可聚合有機(jī)硅陽離子單體，采用水溶 液自由基膠束聚合方式，用復(fù)合引發(fā)劑引發(fā)聚合而成，其反應(yīng)方程式如下：
[0011]
[0012] 其中：其中：Rl為H或CH3 ;R2、R3、R4分別為H或碳原子數(shù)為1-10的有機(jī)基團(tuán)或 鹵代有機(jī)基團(tuán)；X為鹵素。
[0013] 陽離子有機(jī)硅聚丙烯酰胺絮凝劑的制備方法，包括步驟如下：
[0014] (1)將有機(jī)硅陽離子單體、丙烯酰胺、水按（20-30) : (30-70) :100的質(zhì)量比均勻混 合，制得混合溶液。
[0015] (2)加入質(zhì)量比為0.5%-2%的聚合添加劑（丙烯酸二甲氨基乙酯（DA)或者甲基 丙烯酸二甲氨基乙酯（DM))。
[0016] (3)在25°C _35°C恒溫的條件下不斷攪拌，同時(shí)以25ml/min至丨」250ml/min通入氮 氣30min_60min，排出氧氣。
[0017] (4)加入質(zhì)量比為0· 05% -0· 2%引發(fā)劑（引發(fā)劑為過硫酸鉀K2S2O8、偶氮二異丁 腈AIBN和亞硫酸氫鈉 NaHS0j$質(zhì)量比1: 1:1混合而成）。攪拌均勻，反應(yīng)0. 5h-2h。
[0018] (5)升溫至70-80°C，繼續(xù)反應(yīng)lh-5h，冷卻出料。
[0019] 本發(fā)明優(yōu)選的，上述步驟（1)中加入的陽離子單體、丙烯酰胺、水的質(zhì)量比為 (20-30) :(30-70) : 100。
[0020] 本發(fā)明優(yōu)選的，上述步驟（2)中的聚合添加劑為丙烯酸二甲氨基乙酯（DA)或者甲 基丙烯酸二甲氨基乙酯（DM)。
[0021] 本發(fā)明優(yōu)選的，上述步驟（2)中的聚合添加劑質(zhì)量比為0.5% -2%。
[0022] 本發(fā)明優(yōu)選的，上述步驟（4)中的引發(fā)劑為過硫酸鉀K2S2O 8、偶氮二異丁腈AIBN和 亞硫酸氫鈉 NaHS0j$質(zhì)量比1: 1:1混合而成。
[0023] 本發(fā)明優(yōu)選的，上述步驟（4)中的引發(fā)劑的質(zhì)量比為0. 05% -0. 2%。
[0024] 本發(fā)明優(yōu)選的，上述步驟（4)中的最佳反應(yīng)時(shí)間為0· 5h_2h。
[0025] 本發(fā)明優(yōu)選的，上述步驟（5)中的最佳反應(yīng)溫度為70°C -80°C，最佳反應(yīng)時(shí)間為 lh_5h〇
[0026] 其中，上述有機(jī)硅陽離子單體結(jié)構(gòu)式為：
[0027]
[0028] 其中：Rl為H或CH3 ;R2、R3、R4分別為碳原子為1-10的烷基或鹵代烷基；X為鹵 素。
[0029] 上述有機(jī)硅陽離子單體是利用丙烯酸二甲氨基乙酯或（甲基）丙烯酸二甲氨基乙 酯與鹵代硅烷的季胺化反應(yīng)來制備，其反應(yīng)方程式如下：
[0030]
[0031] 其中：Rl為H或CH3;R2、R3、R4分別為H或碳原子數(shù)為1-10的有機(jī)基團(tuán)或鹵代有 機(jī)基團(tuán)；X為鹵素。
[0032] 該可聚合有機(jī)硅陽離子單體的制備方法，包括步驟如下：
[0033] (1)在裝有回流的帶夾套的三角瓶中，加入反應(yīng)溶劑，同時(shí)加入反應(yīng)物1與鹵代硅 烷，所述的反應(yīng)物1為丙烯酸二甲氨基乙酯或（甲基）丙烯酸二甲氨基乙酯；
[0034] (2)加入少量的阻聚劑，其加入體系后的濃度為20-100mg/L ;
[0035] (3)將步驟⑵的溶液在一定溫度條件下磁力攪拌反應(yīng)4~12h。
[0036] (4)將反應(yīng)結(jié)束后的步驟（3)的產(chǎn)品減壓蒸餾除去溶劑，得到微黃色膠狀物質(zhì)， 用無水乙醚或丙酮浸泡萃取數(shù)次，去除雜質(zhì)成分，真空干燥得到固體粉末。
[0037] 本發(fā)明優(yōu)選的，上述步驟（1)中的（甲基）丙烯酸二甲氨基乙酯與鹵代硅烷的配 比為1 :1~8:1 (摩爾比），最佳為2:1~4:1。
[0038] 本發(fā)明優(yōu)選的，上述步驟（1)中的反應(yīng)溶劑為乙腈、丙酮、乙醇、異丙醇和乙酸乙 酯，優(yōu)選乙腈和乙酸乙酯。
[0039] 本發(fā)明優(yōu)選的，上述步驟（2)中的阻聚劑可為對(duì)苯二酚、對(duì)羥基苯甲醚、吩噻嗪 等，最佳濃度為20-100mg/L。
[0040] 本發(fā)明優(yōu)選的，上述步驟（3)中的反應(yīng)溫度為10-60°C，最佳反應(yīng)溫度為 35°C -45°C，反應(yīng)時(shí)間為4~12h。
【附圖說明】
[0041] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0042] 圖1絮凝劑30DMESi紅外光譜圖；
[0043] 圖2絮凝劑除油性能評(píng)價(jià)結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 下面結(jié)合具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，但本發(fā)明所保護(hù)范圍不限于此。
[0045] 實(shí)例中所用原料均為常規(guī)市購(gòu)產(chǎn)品。
[0046] 丙烯酰胺（AM)，工業(yè)級(jí)，山東寶莫生物化工有限公司；甲基丙烯酸二甲胺基乙酯 (DM)，工業(yè)級(jí)，煙臺(tái)星火化工有限公司；丙烯酸二甲胺基乙酯（DA)，工業(yè)級(jí)，煙臺(tái)星火化工 有限公司；過硫酸鉀K2S2O8(KPS)，分析純，中國(guó)醫(yī)藥化工集團(tuán)；亞硫酸氫鈉 NaHSO3，分析純， 中國(guó)醫(yī)藥化工集團(tuán)；偶氮二異丁腈AIBN，分析純，中國(guó)醫(yī)藥化工集團(tuán)；甲酸鈉，分析純，中國(guó) 醫(yī)藥化工集團(tuán)；三甲基氯硅烷：工業(yè)級(jí)，東營(yíng)勝凱工貿(mào)有限責(zé)任公司；三乙基氯硅烷：工業(yè) 級(jí)，東營(yíng)勝凱工貿(mào)有限責(zé)任公司；三丁基氯硅烷：工業(yè)級(jí)，東營(yíng)勝凱工貿(mào)有限責(zé)任公司；對(duì) 苯二酚和吩噻嗪，分析純?cè)噭?，中?guó)醫(yī)藥集團(tuán)；氯化鈉、無水乙醇、丙酮、乙腈和乙醚，分析 純，天津市化學(xué)試劑廠。氮?dú)饧兌龋?9. 99% ;蒸餾水。
[0047] 實(shí)施例1
[0048] 可聚合有機(jī)硅陽離子單體的制備：準(zhǔn)確稱量丙烯酸二甲胺基乙酯 (DA)7.86g(0.05mol)于裝有回流的帶夾套的三角瓶中，同時(shí)加入3.93g(0.036mol)三甲基 氯硅烷，加入50ml乙腈，然后加入2mg阻聚劑對(duì)苯二酚（或者吩噻嗪）。將上述的溶液在 45°C條件下磁力攪拌反應(yīng)12h。將反應(yīng)結(jié)束后的產(chǎn)品減壓蒸餾除去溶劑，得到微黃色