一種陽離子聚丙烯酰胺的制備方法及應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種陽離子聚丙烯酰胺的制備方法及應用。本發(fā)明采用微波加熱的方式，以納米SiO2分散液、二甲基二烯丙基氯化銨和丙烯酰胺單體為原料，植物油為連續(xù)相，使用氧化還原引發(fā)劑引發(fā)反應，通入氮氣驅(qū)氧后，在微波反應器中反應一段時間，再轉(zhuǎn)移到水浴鍋中，在反應體系中進行持續(xù)加熱。通過乳液聚合生成陽離子聚丙烯酰胺膠乳狀產(chǎn)物，經(jīng)過丙酮脫乳，無水乙醇洗滌純化后，經(jīng)干燥、粉碎得到粉狀陽離子聚丙烯酰胺產(chǎn)物，將其應用于處理水體中的Cr6+離子、Hg2+離子、苯酚和鄰苯二甲酸二甲酯時，其去除率達到40％以上。本發(fā)明制備工藝簡單，所制備產(chǎn)物溶解性能好，可廣泛用于重金屬廢水處理、有機廢水處理、污泥脫水等多個行業(yè)。
【專利說明】-種陽離子聚丙稀醜胺的制備方法及應用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水處理劑的制備及環(huán)保工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體設(shè)及一種微波輔助引發(fā)新 型陽離子聚丙締酷胺的制備方法及應用。

【背景技術(shù)】
[0002] 當前我國水環(huán)境受到普遍污染，其中重金屬和有機物是兩類重要的污染物，該類 污染物性質(zhì)穩(wěn)定、不易分解、且能夠在生物體內(nèi)富集，具有很強的致癌、致崎、致突變作用， 因此針對該類污染物合成低能高效的水處理劑是很有必要的。
[0003] 目前，水處理劑主要分為無機絮凝劑、有機絮凝劑、生物絮凝劑和復合絮凝劑。但 是隨著水環(huán)境的日益復雜，傳統(tǒng)的絮凝劑已經(jīng)不能夠很好地滿足需要，因此針對水環(huán)境中 的特征性污染物合成制備出不僅具有傳統(tǒng)絮凝劑功效，而且具有專屬吸附效果的新型絮凝 劑意義重大。
[0004] 陽離子聚丙締酷胺是一類重要的有機水處理劑，具有投加量小、處理效果好、應用 廣泛等優(yōu)點，但傳統(tǒng)合成的方法存在一些不足，如合成時間較長等，因此制備出合成時間 短，且針對水環(huán)境中的重金屬離子和有機污染物處理效果好、成本低廉的水處理劑是水處 理工作者急需解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的第一個目的在于針對現(xiàn)有聚丙締酷胺產(chǎn)品存在的不足，提供一種溶解性 較好，能夠同時有效去除水環(huán)境中的重金屬離子和有機物，且易于工業(yè)化生產(chǎn)的陽離子聚 丙締酷胺的制備方法。
[0006] 本發(fā)明實現(xiàn)上述目的技術(shù)方案為：
[0007] 一種陽離子聚丙締酷胺的制備方法，包括如下步驟：
[000引 （l)20-25°c下，將油酸失水山梨醇醋即Span-80與植物油混合均勻加入到容器 中，其質(zhì)量濃度分別控制在0. 1?2.0%、10?50% ;
[0009] (2)制備納米Si化粒子分散液，再將該納米SiO 2粒子分散液，二甲基二締丙基氯 化錠單體和丙締酷胺單體水溶液依次加入到容器中，控制單體的總質(zhì)量濃度為10?50%， 攬拌使其混合均勻，20-25°C乳化20?60min ;
[0010] 做向容器中加入氧化-還原引發(fā)劑，其總的質(zhì)量濃度控制在0.01?0.5%，繼續(xù) 乳化20?60min ;
[0011] (4)再加入Imol/L的己二胺四己酸二鋼鹽即邸TA水溶液作為絡(luò)合劑，質(zhì)量濃度控 制在 0.02%?0.5% ;
[0012] (5)通入氮氣10?50min，達到去除單體混合液中氧氣的目的；
[0013] (6)將容器置于微波反應器中，開啟微波，微波功率控制在20?100W，升溫至 40?120°C，然后保持溫度一定，反應3?15min使其聚合；
[0014] (7)反應完畢后將容器取出，再置于30?70°C水浴條件下，繼續(xù)反應1?化；
[0015] (8)將一定量的丙酬緩慢倒入容器中，對膠乳狀產(chǎn)物進行脫乳處理；
[0016] (9)將脫乳后的產(chǎn)物用無水己醇洗漆，再進行干燥后粉碎成粉狀固體即得產(chǎn)品。
[0017] 值得說明的是，W上各質(zhì)量濃度均是相對于反應物總質(zhì)量而言。
[0018] 進一步，所述植物油優(yōu)選為花生油、豆油或菜巧油。
[0019] 進一步，所述納米Si化粒子分散液的制備方法為；將納米Si〇2超聲分散2. 0小時， 然后在堿性條件下控制正娃酸四己醋水解，即可得到表面具有可聚官能團的納米Si化粒子 分散液。
[0020] 進一步，所述氧化-還原引發(fā)劑中的氧化劑為過氧化氨、過氧化鋼、過氧化巧、氧 化二苯甲酷或過氧化二月桂酷中的一種或兩種W上的混合物；還原劑為N，N-二丙基-1-丙 胺，N，N-二甲基苯胺、環(huán)燒酸鉆、環(huán)燒酸鋪、環(huán)燒酸巧、甲硫醇、己硫醇、輔酶A及有機金屬化 合物中的一種或兩種W上的混合物。
[0021] 進一步，所述步驟（2)中，納米Si〇2分散液中的納米Si〇2,二甲基二締丙基氯化錠 單體和丙締酷胺單體的摩爾比為10?80 ; 10?80 ;80?10。
[0022] 本發(fā)明的第二個目的在于提供上述方法制備的新型陽離子聚丙締酷胺的應用，即 將固體產(chǎn)物配成溶液后用于去除水環(huán)境中的重金屬&離子、化"離子、苯酪、鄰苯二甲酸 二甲醋。
[0023] 本發(fā)明制備的聚合產(chǎn)物陽離子度為10?90%。
[0024] 相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
[0025] (1)本發(fā)明的制備方法采用S種單體聚合，且W納米Si化為核屯、，可W使產(chǎn)物特性 粘度分布均勻。
[0026] (2)本發(fā)明采用微波輔助引發(fā)聚合工藝，可W充分利用微波熱效應和微波非熱效 應，從分子水平上對合成的單體進行加熱聚合，可W縮短產(chǎn)物制備的時間，且產(chǎn)物溶解性更 好。
[0027] (3)本發(fā)明所制備的陽離子聚丙締酷胺對重金屬離子和有機物具有很好的去除效 果，其去除率達到40% W上，可W擴大陽離子聚丙締酷胺的應用范圍。

【具體實施方式】
[002引下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明并不限于此。
[0029] 實施例1
[0030] (1)20-25°C下，首先將1. Og Span80、30. Og菜巧油混合均勻加入到容器中；
[0031] (2)再依次加入制備好的納米Si化分散液（其含納米SiO 2的質(zhì)量為5g)，二甲基 二締丙基氯化錠單體15. 5g (質(zhì)量分數(shù)為60% )和丙締酷胺單體20. Og (將其溶于20mL蒸 饋水中），高速攬拌使其混合均勻乳化30min ;
[0032] (3)再加入引發(fā)劑氧化過氧化氨0. 15g和甲硫醇0. 05g，乳化30min ;
[003引 （4)乳化后加入絡(luò)合劑1. Omol/L的邸TA水溶液0. 8血；
[0034] (5)通入氮氣30min達到去除單體混合液中的氧氣的目的；
[0035] (6)將容器置于微波反應器中，開啟微波，控制微波功率為20W，升溫至60°C，保持 溫度一定，反應3min使其聚合；
[0036] (7)在微波反應器中反應完畢后將容器取出，再置于60°C水浴條件下，繼續(xù)反應 2h;
[0037] 做將50血的丙酬緩慢倒入膠乳狀產(chǎn)物中，進行脫乳處理；
[003引 （9)最后將脫乳后的產(chǎn)物用35mL無水己醇洗漆；
[0039] (10)用烏氏粘度計測定其特性粘度為5. 3dL/g ;
[0040] (11)將陽離子聚丙締酷胺置于70°C烘箱中干燥后粉碎成粉狀固體使用。
[0041] 實施例2
[0042] (1)20-25°C下，首先將0. 6g Span80、20. Og豆油混合均勻加入到容器中；
[0043] (2)再依次加入制備好的納米Si化分散液（其含納米SiO 2的質(zhì)量為6g)，二甲基 二締丙基氯化錠單體25. 5g (質(zhì)量分數(shù)為60 % )和丙締酷胺單體8. 5g (將其溶于12mL蒸饋 水中），高速攬拌使其混合均勻乳化30min ;
[0044] (3)再加入引發(fā)劑過氧化氨0. Ig和己硫醇0. 05g，乳化30min ;
[0045] (4)乳化后加入絡(luò)合劑1. Omol/L的邸TA水溶液0. 8血；
[0046] (5)通入氮氣40min達到去除單體混合液中氧氣的目的；
[0047] (6)將容器置于微波反應器中進行引發(fā)，開啟微波，控制微波功率為40W，升溫至 60°C，然后保持溫度一定，反應2min使其聚合；
[0048] (7)在微波反應器中反應完畢后將容器取出，再置于60°C水浴條件下，繼續(xù)反應 3h ；
[0049] (8)將50mL的丙酬緩慢倒入白色膠乳狀產(chǎn)物中，進行脫乳處理；
[0050] (9)最后將脫乳后的產(chǎn)物用30血無水己醇洗漆；
[CK)5U (10)用烏氏粘度計測定其特性粘度為6. 2化/g ;
[0052] (11)將二甲基二締丙基氯化錠丙締酷胺共聚物置于75°C烘箱中干燥后粉碎成粉 狀固體使用。
[0化3] 實施例3
[0054] 將實施例2所得產(chǎn)物應用于對水中Cr6+離子、Hg"離子、苯酪、鄰苯二甲酸二甲醋 的去除：
[005引（一）分析待處理水中Cr6+離子、Hg"離子、苯酪、鄰苯二甲酸二甲醋的濃度；
[0056] (二）根據(jù)水中化離子、Hg"離子、苯酪、鄰苯二甲酸二甲醋的濃度計算陽離子 聚丙締酷胺的反應量，水中所含投加的絮凝劑陽離子聚丙締酷胺（實施例2所得產(chǎn)物）的 量為 0. 01 ?20mg/L。
[0057] (S)去除過程為：
[0化8] (1)將含有化離子、Hg"離子、苯酪、鄰苯二甲酸二甲醋的水輸送至反應器中，按 上述反應比例，通過加藥管向反應器中投加絮凝劑陽離子聚丙締酷胺；同時，啟動攬拌器將 上述水體和所述絮凝劑充分攬拌，（W 35化/min的速度攬拌2分鐘，然后再W 60r/min的 速度攬拌6分鐘），通過絮凝劑的絮凝作用從而使水環(huán)境當中的化6+離子，Hg 2+離子，苯酪， 鄰苯二甲酸二甲醋濃度下降40 % W上。
[0059] 似將步驟（1)處理的水體，靜置1?lOh ;通過絮凝沉降作用使水中絮凝劑陽離 子聚丙締酷胺及其吸附物沉降到底部。
[0060] 表1是應用本發(fā)明實施例2所得產(chǎn)物去除水中化離子、化"離子、苯酪、鄰苯二 甲酸二甲醋的實驗數(shù)據(jù)表：
[0061] 表 1
[0062]

【權(quán)利要求】
1. 一種陽離子聚丙烯酰胺的制備方法，其特征在于包括如下步驟： (1) 20-25°C下，將油酸失水山梨醇酯即Span-80與植物油混合均勻加入到容器中，其 質(zhì)量濃度分別控制在〇. 1?2. 0%、10?50% ; (2) 制備納米Si02粒子分散液，再將該納米Si02粒子分散液，二甲基二烯丙基氯化銨 單體和丙烯酰胺單體水溶液依次加入到容器中，控制單體的總質(zhì)量濃度為10?50%，攪拌 使其混合均勻，20-25°C乳化20?60min ; (3) 向容器中加入氧化-還原引發(fā)劑，其總的質(zhì)量濃度控制在0. 01?0. 5%，繼續(xù)乳化 20 ?60min ; (4) 再加入lmol/L的乙二胺四乙酸二鈉鹽即EDTA水溶液作為絡(luò)合劑，質(zhì)量濃度控制在 0? 02%?0? 5% ; (5) 通入氮氣10?50min ; (6) 將容器置于微波反應器中，開啟微波，微波功率控制在20?100W，升溫至40? 120°C，然后保持溫度一定，反應3?15min ; (7) 反應完畢后將容器取出，再置于30?70°C水浴條件下，繼續(xù)反應1?5h ; (8) 將一定量的丙酮倒入容器中，對膠乳狀產(chǎn)物進行脫乳處理； (9) 將脫乳后的產(chǎn)物用無水乙醇洗滌，再進行干燥后粉碎成粉狀固體即得產(chǎn)品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽離子聚丙烯酰胺的制備方法，其特征在于：所述植物油為 花生油、豆油或菜籽油。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽離子聚丙烯酰胺的制備方法，其特征在于所述納米Si02S 子分散液的制備方法為：將納米3102超聲分散2. 0小時，然后在堿性條件下控制正硅酸四 乙酯水解，即可得到表面具有可聚官能團的納米Si02粒子分散液。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽離子聚丙烯酰胺的制備方法，其特征在于：所述氧化-還 原引發(fā)劑中的氧化劑為過氧化氫、過氧化鈉、過氧化鈣、氧化二苯甲?；蜻^氧化二月桂酰中 的一種或兩種以上的混合物；還原劑為N，N-二丙基-1-丙胺，N，N-二甲基苯胺、環(huán)烷酸鈷、 環(huán)烷酸錳、環(huán)烷酸鈣、甲硫醇、乙硫醇、輔酶A及有機金屬化合物中的一種或兩種以上的混 合物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽離子聚丙烯酰胺的制備方法，其特征在于：所述步驟（2) 中，納米Si02*散液中的納米SiO 2，二甲基二烯丙基氯化銨單體和丙烯酰胺單體的摩爾比 為 10 ?80 :10 ?80 :80 ?10。
6. 權(quán)利要求1至5任一項所述方法制備的陽離子聚丙烯酰胺在去除水環(huán)境中的Cr6+離 子、Hg2+離子、苯酚、鄰苯二甲酸二甲酯的應用。
【文檔編號】C08F226/02GK104448133SQ201410767113
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月11日
【發(fā)明者】張鵬, 任伯幟, 朱國成, 張艷娟, 張偉, 丁文杰 申請人:湖南科技大學