專利名稱：去除聚氯化鋁中不溶物的加速沉降劑的制備及應用方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種陽離子型高分子絮凝劑的制備工藝，該絮凝劑可用于去除聚氯化
鋁中不溶物質，屬于化學技術領域。
背景技術：
聚氯化鋁是目前國內外廣泛使用的高效混凝劑，具有用量少、污泥少、除濁高、對 出水pH影響小等優(yōu)點。國家標準中對于不溶物有嚴格的要求，液體優(yōu)等品《0. 2%，液體 一等品《0.5%，所以通常生產液體聚氯化鋁的最后一步就是去除其中的不溶物。這主要 有兩種方法一種是自然沉降法，一般需要7 10天左右，生產周期比較長，影響產品的質 量，不適合一些占地面積小的生產廠家，而且對于某些鹽基度高的產品，由于產品黏度比較 大，不溶物難以分離，即使沉淀數(shù)天后仍然達不到國家標準中的相關要求；另一種方法是采 用板框式壓濾機壓濾，不僅投資大，耗電量大，而且要求產品鹽基度不能過高， 一般在80% 以下，限制了產品的實用范圍。 對于多數(shù)廠家，為了減少設備投資，多采用沉降法，因此，液體產品中普遍存在不 溶物過高的問題，這也成為目前國內生產液體聚氯化鋁急需解決的問題。
聚丙烯酰胺是一種應用比較廣泛的有機高分子絮凝劑，一般用作助凝劑，在混凝 處理過程中，通過電荷中和及吸附架橋作用增加絮體的粒徑，加速其沉降從而提高混凝效 果。使用聚丙烯酰胺等有機高分子絮凝劑是加速聚氯化鋁中不溶物沉淀的一種方法。但是 普通的聚丙烯酰胺對于加速聚氯化鋁中不溶物沉淀的效果不明顯。陽離子型有機絮凝劑的 合成方法主要有含烯基單體的聚合型、多胺的縮合型以及高分子接枝等。從反應物來看，又 主要分為聚丙烯酰胺接枝及共聚物、環(huán)氧氯丙烷反應物、季銨鹽類、亞胺類等。環(huán)氧氯丙烷 與胺進行縮聚可以得到高分子化合物用于水絮凝處理。根據(jù)所使用的胺的性質不同，可以 得到不同品種、不同性能的陽離子絮凝劑。這類陽離子絮凝劑與其它陽離子絮凝劑相比最 大的特點是能使用在含氯分散相的水分散體系中，而不與氯化物起作用，從而在含氯分散 相的水分散體系中使用時，不會降低其絮凝效果。 聚丙烯酰胺接枝主要有以下幾種方式一是先羥基化，再季胺鹽化反應。選擇不 同的反應條件，使環(huán)氧氯丙烷加成在聚丙烯酰胺的酰胺基上，然后再進一步季銨化，得到了 不同陽離子度的陽離子型聚丙烯酰胺(CPAM)，發(fā)現(xiàn)當陽離子度位于13. 2 17. 8%時，樣品 的絮凝性能最好，處理水體的上層清液的透光率可以達到99. 9 100. 0% 。 二是通過曼尼 希反應(Ma皿ich)反應進行陽離子化。這是我國目前工廠企業(yè)生產陽離子聚丙烯酰胺絮凝 劑的主要方法，已經具有小量工業(yè)生產的能力。在實驗過程中，加入定量的甲醛和二甲胺進 行Mannich反應得到陽離子化絮凝劑，用于輕工廢水的處理，在投藥量為20X106的時候， 得到最佳處理效果，處理后的廢水水質得到很大的改善。三是利用丙烯酰胺和其它陽離子 單體的共聚反應。 一般說來，只要是具有烯基的陽離子型單體就可以與丙烯酰胺進行共聚。 如用二烷基二烯丙基鹵化胺與丙烯酰胺單體共聚，合成代號為DX的一系列陽離子型有機 絮凝劑，對煉油污水、鉆井污水都具有良好的絮凝效果。另外，將二乙胺與環(huán)氧氯丙烷在一
3定條件下進行線性聚合后再與丙烯酰胺進行共聚，合成了聚季胺鹽丙烯酰胺的陽離子型絮 凝劑，能明顯改善煤泥水的絮凝效果。目前聚丙烯酰胺的衍生物向著有長支鏈的方向發(fā)展。 L. Gu等人合成了 N-乙烯基甲酰胺(NVF)和聚(二甲基氨基乙基異丁烯酸基)甲基氯化銨 (PDMAEMA)大分子單體的共聚物，研究了反應動力學，并將這種共聚物與線形陽離子絮凝劑 進行Ti02分散模擬水樣的處理比較，這種長支鏈絮凝劑無論是在陽離子組分、絮凝效率、最 終出水濁度和絮體強度方面都比線形絮凝劑的效果好，這種物質在水處理過程中，它的電 荷集中在分子的側鏈上，可以起到很好的電中和能力，而主鏈上沒有電荷，可以在不同顆粒 之間架橋，因而無論吸附架橋能力還是電中和能力都比線形絮凝劑更強。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為克服液體聚氯化鋁中不溶物難以分離的不足而提供一種加速 沉降劑的制備方法，該沉降劑屬于陽離子高分子絮凝劑的一種，具有分子量大，陽離子電荷 密度高等特點。 本發(fā)明的另一目的是提供上述加速沉降劑的應用方法，可方便、有效地去除液體 聚氯化鋁絮凝劑中不溶物質。 本發(fā)明加速沉降劑的制備方法是按如下步驟 (1)先取32 58g丙烯酰胺固體于燒瓶中，加入41 64mL蒸餾水，加熱至40 6(TC得到丙烯酰胺溶液；再將33 56mL環(huán)氧氯丙烷和12 28mL 二甲氨基乙醇注入到燒 瓶中攪拌，恒溫控制在60 75°C ，反應5 6小時后得到改性聚丙烯酰胺膠體物質，最后靜 止冷卻，分離，取上層液待用； (2)將上層液置于500mL另一燒瓶中，將該另一燒瓶放入冰水中充分冷卻，在攪拌 的情況下緩慢滴加98 112mL三甲胺溶液，溫度控制在常溫，滴加完畢后再攪拌40min，然 后在氮氣保護條件下加入與反應物總質量的質量比為1 5%的引發(fā)劑，恒溫控制在68 75t:，在酸性條件下聚合，聚合時間為5. 0 6. Oh ;
(3)將所得的聚合物進行造粒、干燥、粉碎，即得粉狀沉降劑。 本發(fā)明加速沉降劑的應用方法是先將粉狀沉降劑用水溶解，粉狀沉降劑與液 體聚氯化鋁質量比為0. 2 0. 5%。，在攪拌條件下溶解30 45min，得到粘度為1000 3000mpa. s黏稠狀液體，再將該黏稠狀液體注入液體聚氯化鋁中攪拌，靜止沉淀后得到澄清 透明的聚氯化鋁溶液。 本發(fā)明以丙烯酰胺、環(huán)氧氯丙烷、二甲氨基乙醇和三甲胺為主要原料，加入合適引
發(fā)劑，制備得到的為陽離子型高分子絮凝劑作為一種去除聚氯化鋁中不溶物質的加速沉降 劑，具有成本低、聚合物分子量大、陽離子電荷密度高，使用方便等特點，可廣泛用于聚氯化
鋁、聚氯化鋁鐵、聚硫酸鐵等無機高分子絮凝劑中不溶物質的去除。其外觀為白色顆粒或粉 末狀固體，陽離子度大于85%，分子量為500 1200萬，O. 5%。的水溶液粘度超過lOOOmpa. s，溶解時間小于lh。與其它高分子絮凝劑相比，溶解后的膠體加入到聚氯化鋁等無機高分 子絮凝劑中不會形成稠狀物質，肉眼能快速看到液體聚氯化鋁等無機高分子絮凝劑中的不 溶物形成顆粒從聚氯化鋁等絮凝劑中分離出來。
具體實施例方式
本發(fā)明首先采用水溶液聚合的方法，將丙烯酰胺固體配制成濃度為50 90%的 水溶液。取32 58g丙烯酰胺固體于燒瓶中，加入41 64mL蒸餾水，然后在該燒瓶上搭 接冷凝管、電動攪拌器和溫度計，加熱至40 60°C ，得到丙烯酰胺溶液，再將33 56mL環(huán) 氧氯丙烷和12 28mL二甲氨基乙醇注入到該燒瓶中，開動電動攪拌器攪拌，恒溫控制在 60 75°C，反應5 6小時后停止，得到改性聚丙烯酰胺膠體物質。反應完后靜止冷卻，用 分液漏斗分離，取上層液待用。 接著，待上述分離后的上層液完全冷卻后，置于500mL另一個燒瓶中，將該另一 個燒瓶放在冰水中充分冷卻，在攪拌的情況下緩慢滴加98 112mL三甲胺溶液，該另一 個燒瓶內的溫度控制在常溫，滴加完畢后，再攪拌40min，然后在氮氣保護條件下加入與 反應物總質量的質量比為1 5%的引發(fā)劑，所采用的引發(fā)劑為氧化還原引發(fā)體系，如 K2S208-NaHS03、 (NH4)2S208_NaHS03等。引發(fā)劑的最佳用量是2. 3%，最后恒溫控制在68 75°C ，在酸性條件下聚合，聚合時間為5. Oh 6. Oh，聚合時可緩慢滴加41 62mL濃鹽酸保 持酸性條件。 最后，將上述反應后的聚合物先進行造粒，造粒直徑為0. 1 3. Omm ;再在溫度為 60 IO(TC的熱風下干燥，干燥時間為1. 0 6. Oh ;最后粉碎得到最終的粉狀絮凝劑產品， 即加速沉降劑。 加速沉降劑應用時，取與液體聚氯化鋁質量比為0. 2 0. 5%。的粉狀沉降劑用水 加以溶解，溶解時間是在攪拌條件下30 45min，得到粘度為1000 3000mpa. s黏稠狀液 體，再將該黏稠狀液體注入液體聚氯化鋁中攪拌，靜止沉淀后即可將液體聚氯化鋁中不溶 懸浮物去除，得到澄清透明的聚氯化鋁溶液。
以下提供3個實施例進一步說明本發(fā)明
實施例1 取32g丙烯酰胺固體于三角燒瓶中，加入40mL蒸餾水，然后在三角燒瓶上搭接冷 凝管、電動攪拌器和溫度計，加熱至45t:。完成后，把33mL環(huán)氧氯丙烷和16mL二甲氨基乙 醇注入到三角燒瓶中，開動電動攪拌器攪拌，恒溫控制在68t:，反應5小時后停止。反應
完后靜止冷卻，用分液漏斗分離，取上層液待用。待上述分離后的上層液完全冷卻后，置于 500mL三口圓底燒瓶中，將燒瓶放在冰水中充分冷卻，在攪拌的情況下緩慢滴加98mL三甲 胺溶液，反應器內的溫度控制在常溫，滴加完畢后，再攪拌40min，然后在氮氣保護條件下加 入質量比為1%的K2S208-NaHS03引發(fā)劑，最后恒溫控制在7(TC，緩慢滴加41mL濃鹽酸，在 此酸性條件下聚合6h。將上述反應后的聚合物先進行造粒，造粒直徑為0. lmm ;再在溫度為 6(TC的熱風下干燥，干燥時間為6. Oh ;最后粉碎即得到粉狀加速沉降劑，平均分子量為800 萬，陽離子度為80%。 應用時，取與液體聚氯化鋁質量比為0. 2%。的粉狀沉降劑用水加以溶解，溶解時間 是在攪拌條件下30min，得到粘度為1000 3000mpa. s黏稠狀液體，再將該黏稠狀液體注入 液體聚氯化鋁中攪拌，靜止沉淀后即可將液體聚氯化鋁中不溶懸浮物去除，得到澄清透明 的聚氯化鋁溶液。
實施例2 取41gAM丙烯酰胺固體于三角燒瓶中，加入60mL蒸餾水，然后在三角燒瓶上搭接冷凝管、電動攪拌器和溫度計，加熱至50°C 。完成后，把45rnL環(huán)氧氯丙烷和18rnL 二甲氨基 乙醇注入到三角燒瓶中，開動電動攪拌器，恒溫控制在70°C，反應5小時后停止。反應完后靜 止冷卻，用分液漏斗分離，取上層液待用。待上述分離后的上層液完全冷卻后，置于500mL三口 圓底燒瓶中，將燒瓶放在冰水中充分冷卻，在攪拌的情況下緩慢滴加lOOmL三甲胺溶液，反應器 內的溫度控制在常溫，滴加完畢后，再攪拌40min，然后在氮氣保護條件下加入質量比為2%的 (NH4)2S208-NaHS03引發(fā)劑，最后恒溫控制在7(TC，緩慢滴加50mL濃鹽酸在酸性條件下聚合6h。 將上述反應后的聚合物先進行造粒，造粒直徑為1. 5mm ;再在溫度為8(TC的熱風下干燥，干燥時 間為lh ;最后粉碎即得到粉狀加速沉降劑，平均分子量為1000萬，陽離子度為81%。
應用時，取與液體聚氯化鋁質量比為0. 3%。的粉狀沉降劑用水加以溶解，溶解時間 是在攪拌條件下40min，得到粘度為1000 3000mpa. s黏稠狀液體，再將該黏稠狀液體注入 液體聚氯化鋁中攪拌，靜止沉淀后即可將液體聚氯化鋁中不溶懸浮物去除，得到澄清透明 的聚氯化鋁溶液。
實施例3 取58g丙烯酰胺固體于三角燒瓶中，加入64mL蒸餾水，然后在三角燒瓶上搭接冷 凝管、電動攪拌器和溫度計，加熱至6(TC。完成后，將56mL環(huán)氧氯丙烷和28mL二甲氨基乙 醇注入到三角燒瓶中，開動電動攪拌器，恒溫控制在75°C，反應5小時后停止。反應完后靜 止冷卻，用分液漏斗分離，取上層液待用。待上述分離后的上層液完全冷卻后，置于500mL 三口圓底燒瓶中，將燒瓶放在冰水中充分冷卻，在攪拌的情況下緩慢滴加112mL三甲胺溶 液，反應器內的溫度控制在常溫，滴加完畢后，再攪拌40min，然后在氮氣保護條件下加入質 量比為3%的引發(fā)劑，最后恒溫控制在75t:，緩慢滴加62mL濃鹽酸在酸性條件下聚合6h。 將上述反應后的聚合物先進行造粒，造粒直徑為3mm;再在溫度為IO(TC的熱風下干燥，干 燥時間為3h ;最后粉碎即得到粉狀加速沉降劑，平均分子量為1200萬，陽離子度為85%。
應用時，取與液體聚氯化鋁質量比為0. 5%。的粉狀沉降劑用水加以溶解，溶解時間 是在攪拌條件下45min，得到粘度為1000 3000mpa. s黏稠狀液體，再將該黏稠狀液體注入 液體聚氯化鋁中攪拌，靜止沉淀后即可將液體聚氯化鋁中不溶懸浮物去除，得到澄清透明 的聚氯化鋁溶液。
權利要求
一種去除聚氯化鋁中不溶物的加速沉降劑的制備方法，其特征是采用如下步驟；(1)先取32～58g丙烯酰胺固體于燒瓶中，加入41～64mL蒸餾水，加熱至40～60℃得到丙烯酰胺溶液；再將33～56mL環(huán)氧氯丙烷和12～28mL二甲氨基乙醇注入到燒瓶中攪拌，恒溫控制在60～75℃，反應5～6小時后得到改性聚丙烯酰胺膠體物質，最后靜止冷卻，分離，取上層液待用；(2)將上層液置于500mL另一燒瓶中，將該另一燒瓶放入冰水中充分冷卻，在攪拌的情況下緩慢滴加98～112mL三甲胺溶液，溫度控制在常溫，滴加完畢后再攪拌40min，然后在氮氣保護條件下加入與反應物總質量的質量比為1～5％的引發(fā)劑，恒溫控制在68～75C，在酸性條件下聚合，聚合時間為5.0～6.0h；(3)將所得的聚合物進行造粒、干燥、粉碎，即得粉狀加速沉降劑。
2. 根據(jù)權利要求1所述的去除聚氯化鋁中不溶物的加速沉降劑的制備方法，其特征 是步驟(2)所述引發(fā)劑為氧化還原引發(fā)體系，與反應物總質量的質量比為2. 3%。
3. 根據(jù)權利要求1所述的去除聚氯化鋁中不溶物的加速沉降劑的制備方法，其特征 是步驟(2)所述酸性條件為緩慢滴加41 62mL濃鹽酸。
4. 根據(jù)權利要求1所述的去除聚氯化鋁中不溶物的加速沉降劑的制備方法，其特征 是步驟(3)所述造粒直徑為0. 1 3. Omm ;在溫度為60 IO(TC的熱風下干燥，干燥時間 為1. 0 6. 0h。
5. —種權利要求1所述的加速沉降劑的應用方法，其特征是先將粉狀加速沉降劑用水溶解，粉狀加速沉降劑與液體聚氯化鋁質量比為0. 2 0. 5%。，在攪拌條件下溶解30 45min，得到粘度為1000 3000mpa. s黏稠狀液體，再將該黏稠狀液體注入液體聚氯化鋁中 攪拌，靜止沉淀后得到澄清透明的聚氯化鋁溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種去除聚氯化鋁中不溶物的加速沉降劑的制備及應用方法，以丙烯酰胺、環(huán)氧氯丙烷、二甲氨基乙醇和三甲胺為主要原料，加入合適引發(fā)劑，在氮氣保護條件下聚合，經造粒、干燥、粉碎得到沉降劑。使用時，攪拌溶解后加入到聚氯化鋁液體中，靜止沉淀即可將聚氯化鋁中不溶物沉淀下來。沉降劑成本低、聚合物分子量大、陽離子電荷密度高，用方便，加入到液體聚氯化鋁中不會形成黏糊狀物質，肉眼能快速看到液體聚氯化鋁中的不溶物形成顆粒分離出來。
文檔編號C01F7/56GK101786646SQ20101011502
公開日2010年7月28日 申請日期2010年2月26日 優(yōu)先權日2010年2月26日
發(fā)明者劉建國, 郭迎慶, 雷春生 申請人:江蘇工業(yè)學院