專利名稱：分離工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分離工藝中用作絮凝劑的改性聚電解質(zhì)、制備該改性聚電解質(zhì)的工藝、含有該改性聚電解質(zhì)的絮凝劑組合物、以及使用本發(fā)明改性聚電解質(zhì)和改性聚電解質(zhì)組合物的分離方法。
本發(fā)明改性聚電解質(zhì)比現(xiàn)有聚電解質(zhì)效能更佳，它們可以低濃度達到同現(xiàn)有聚電解質(zhì)同樣的絮凝效果，并可保持較高百分比的超級純度。
人們在1951年將水溶性合成聚合物推廣到采礦工業(yè)中，這象征在使用化學(xué)試劑進行固-液分離方面有較大進展。它們是為滿足多方面需要，例如(城市及工業(yè)用)水的澄清、城市污水和工業(yè)廢水(食品加工、石油煉制、金屬精飾、制漿造紙等)的處理、礦物加工(選礦、循環(huán)水澄清、廢水處理)，以及生產(chǎn)過程(造紙、糖的精制、磷酸的制備等)而制取的第一批品種繁多的絮凝劑。
雖然有著為數(shù)眾多的市售合成絮凝劑，但化學(xué)結(jié)構(gòu)種類大不相同者卻為數(shù)有限。在市場上，絮凝劑的挑選次序取決于最佳的價格-效能比，也即以最低的價格獲得滿意的效能。盡管系統(tǒng)觀點占主導(dǎo)地位(包括絮凝劑可得性、再生性、操作性、貯藏、在滿足排放標準情況下對處理設(shè)備給料波動的適應(yīng)能力、固定設(shè)備及必要的改性等)，然而每單位重量各個絮凝劑的交貨費用也算作一個因素。因此，作為商業(yè)上重要的合成聚合物絮凝劑的主要結(jié)構(gòu)單元的單體是比較少的，它應(yīng)適于加到水溶性聚合物中并以低成本在足夠大規(guī)模上生產(chǎn)。
實用的合成有機絮凝劑是重均分子量在約1000至大于5百萬(文獻報導(dǎo)的值高達2千萬)范圍內(nèi)變化的水溶性聚合物。
用作絮凝劑的聚電解質(zhì)包括從許多單體制取的聚合物及共聚物，這些單體包括馬來酐、馬來酸、丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯腈、甲基丙烯酸、乙烯基磺酸、對苯乙烯磺酸、苯乙烯、乙烯基·甲基醚、偏磷酸、乙烯胺、吖丙啶、乙烯吡啶及4-乙烯基-N-十二烷基吡啶氯。
本發(fā)明第一實施方案提供一種改性聚電解質(zhì)，其特征在于，使一種聚電解質(zhì)與一種至少由兩種烯不飽和單體所組成的共聚物反應(yīng)，該單體中至少有一個含有酐基團。
本發(fā)明第二實施方案提供一種制備改性聚電解質(zhì)的工藝，該工藝包括使一種聚電解質(zhì)與一種至少由兩種烯不飽和單體所組成的共聚物反應(yīng)，該單體中至少有一個含酐基團。
適用于本發(fā)明的已知聚電解質(zhì)種類繁多、變化多端。至今還未發(fā)現(xiàn)不適用的市售或?qū)嶒炇液铣傻木垭娊赓|(zhì)。這些聚電解質(zhì)的常用商品名稱包括SANYOFLOC、ALFLOC、SUPERFLOC、MACROFLOC、MAGNAFLOC、MAXFLOC和ZETAG。
其它同上述聚電解質(zhì)有相同或相似用途的物質(zhì)也可使用。
一般而言，可按本發(fā)明予以改性的聚電解質(zhì)的分子量在2×104至1×108，尤其1×105至7×106道爾頓范圍。優(yōu)選的與聚電解質(zhì)反應(yīng)的共聚物的分子量在1×104至1×106道爾頓范圍。
尤為較佳的是，使已知聚電解質(zhì)絮凝劑與一種甲基·乙烯基醚和馬來酐的共聚物反應(yīng)。
本發(fā)明第三實施方案提供另一種再改性的聚電解質(zhì)，其特征在于，將本發(fā)明第一實施方案的改性聚合物進而與乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯吡咯烷酮反應(yīng)，隨后再與該共聚物反應(yīng)予以改性。
本發(fā)明第四實施方案提供一種制備再改性聚電解質(zhì)的工藝，該工藝包括以降低溫度、將反應(yīng)混合物用乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯吡咯烷酮分散，并令反應(yīng)繼續(xù)進行來結(jié)束本發(fā)明第二實施方案的工藝。
本發(fā)明第五實施方案提供一種絮凝組合物，該組合物含有同常規(guī)絮凝組合物中的常用載體和稀釋劑相結(jié)合的本發(fā)明改性聚電解質(zhì)或再改性聚電解質(zhì)。
本發(fā)明第六實施方案提供一種絮凝方法，該方法包括向待絮凝的物料中添加本發(fā)明改性聚電解質(zhì)、再改性聚電解質(zhì)和/或絮凝組合物。
可有效地用于本發(fā)明的聚合物的量為0至200%，最佳10%(以聚電解質(zhì)固體計)。
一般，反應(yīng)是使聚電解質(zhì)和共聚物簡單混合或均勻化來進行。反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度視聚電解質(zhì)和共聚物的性質(zhì)而定，但一般情況下，反應(yīng)可在0℃至120℃溫度下進行5分鐘至4小時。較佳的是，選擇聚電解質(zhì)和共聚物使反應(yīng)可在40℃至80℃溫度下至多進行50分鐘。反應(yīng)以在溶液中進行為佳。
為了使聚電解質(zhì)進一步改性，先使反應(yīng)停下來，較佳的辦法是將溫度降至30℃以下，然后添加乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯吡咯烷酮，拌合或攪拌混合物使乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯吡咯烷酮分散，并再次加熱該混合物使反應(yīng)重新開始。
乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯吡咯烷酮與共聚物的比例以在1∶1至1∶10(重量)范圍內(nèi)為佳，以1∶5(重量)尤佳。
下列實施例闡明了本發(fā)明的較佳實施方案，而且不應(yīng)將其視為對本發(fā)明范圍的限制。
實施例1使11種聚電解質(zhì)與各種甲基·乙烯基醚/馬來酐共聚物反應(yīng)。原料聚合物的種類列于表1。
表1樣品類型大約分子量(道爾頓)0 聚丙烯酰胺 5×1061 丙烯酸鈉與丙烯酰胺的共聚物 6×1062 丙烯酸鈉與丙烯酰胺的共聚物 6×1063 丙烯酸鈉與丙烯酰胺的共聚物 6×1064 丙烯酸鈉與丙烯酰胺的共聚物 6×1065 丙烯酸鈉與丙烯酰胺的共聚物 5×1066 丙烯酸鈉與丙烯酰胺的共聚物 1×1067丙烯酰胺、丙烯酸鈉與馬來酐的三元共聚物 1×1058丙烯酰胺、丙烯酸鈉及丁吡的三元共聚物 1×1069 丙烯酸鈉與丙烯酰胺的共聚物 5×10610 聚丙烯酸鈉 1×106注由表可見，樣品0至10由非離子型變到100%陰離子型。
表1中的聚合物同具有下列分子量的聚甲基乙烯基醚/馬來酐共聚物反應(yīng)20，000、67，000及80，000。
所有反應(yīng)均通過將聚甲基·乙烯基醚/馬來酐共聚物分散在成品原料聚合物中來進行。然后，將該混合物置于80℃水浴中，并使反應(yīng)進行不超過40分鐘。反應(yīng)終點可以原料聚合物中的可見性物理變化來確定。
聚(甲基·乙烯基醚/馬來酐)的量在固體原料聚電解質(zhì)0至100%之間變動。
所得結(jié)果表明，聚(甲基·乙烯基醚/馬來酰胺)的分子量為67，000道爾頓的聚合物固體以聚電解質(zhì)固體計在10%時效率(以最低量用料獲得最大效能來確定)最大。
實施例2以上述百分比和分子量為基礎(chǔ)。原料聚合物的編號參見表1。
實施施例2實施例1中制備的各聚合物的效率可用與將之衍生來的各聚電解質(zhì)進行比較來評定。在所有情況下，新物質(zhì)的效能均優(yōu)于將之衍生出來的各種聚電解質(zhì)。借選擇一種對被分離物質(zhì)具有正確電荷密度的聚電解度，并將其同含有相同原料聚電解質(zhì)并具有相同或相似電荷密度的改性聚電解質(zhì)進行比較，可使在各礦場進行的比較得到順利完成。
雖然這些實施例是以煤的絮凝為基礎(chǔ)的，但在使用聚電解質(zhì)技術(shù)的任何場合都可得到相同和/或相似的好處。
下列結(jié)果是在下列洗煤場實驗室規(guī)模的現(xiàn)場試驗中得到的1、MountThorley洗煤場[R.W.Miller]2、WestCliff洗煤場[KemblaCoal&Coke]3、HunterValley第一洗煤場[Coal&Allied]
1、MountThorley洗煤場A、原料聚合物 No6＊沉降速度8.2m/h澄清度好B、新聚合物 No.6R＊沉降速度18.0m/h澄清度好2、WestCliff洗煤場A、原料聚合物 No.2＊No.3＊沉降速度1.0m/h0.8m/h澄清度好好B、新聚合物 No.2R＊No.3R＊沉降速度1.25m/h1.4m/h澄清度很好很好3、HunterValley第一洗煤場A、原料聚合物No.4No.5No.6沉降速度4.3m/h8.3m/h6.1m/h澄清度很差很差很差B、原料聚合物 No.4R No.5R＊No.6R沉降速度9.9m/h20m/h20m/h澄清度＜差＜差＜差＊表示原料聚合物上的正確電荷密度m/h米/小時R原料聚合物已進行過第二次反應(yīng)實施例3制備具有下列特性的膠乳聚合物有機固體物32.0%丙烯酰胺甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯6040PH(1%)6.0公稱分子量 2×106先將該聚合物冷卻至30℃以下，然后使之再與分子量為80，000(道爾頓)的1.5%(重量)聚(甲基·乙烯基醚/馬來酐)反應(yīng)。反應(yīng)借將粉末分散于膠乳中，并在50℃水浴中放置50分鐘來進行。冷卻后將絮凝膠乳封裝。
下列結(jié)果是在下列洗煤場的實驗室規(guī)模的現(xiàn)場試驗中得到的。
Ⅰ、MountThorley洗煤場[R.W.Miller]HunterValleyCPP洗煤場[Coal&Allied]Ⅱ、RavensworthColliery洗煤場[Elcom]Ⅲ、WestCliff洗煤場[KemblaCoal&Coke]Ⅳ、HunterValleyCPP洗煤場[Coal&Allied]Ⅰ、MountThorley洗煤場A、原料聚合物沉降速度8.2m/h澄清度好B、新聚合物沉降速度29m/h澄清度很好
ⅠHunterValleyCPP洗煤場A、原料聚合物沉降速度6.1m/h澄清度很差B、新聚合物沉降速度18.4m/h澄清度差Ⅱ、Ravensworth洗煤場A、原料聚合物劑量5ppm沉降速度4.0m/h澄清度在400nm65%B、新聚合物劑量5ppm沉降速度12.8m/h澄清度在400nm＞90%Ⅲ、WestCliff洗煤場A、原料聚合物沉降速度0.8m/h澄清度好B、新聚合物沉降速度2.9m/h澄清度很好Ⅳ、HunterValleyCPP洗煤場
A、原料聚合物沉降速度8.3m/h澄清度很差B、新聚合物沉降速度27.1m/h澄清度好上面所述最后一個結(jié)果是用污水處理廠所得未經(jīng)處理過的污水淤渣進行試驗得到的。
A、原料聚合物劑量240ppm沉降速度2.6m/h抗剪強度合格B、新聚合物劑量240ppm沉降速度4.7m/h抗剪強度合格m/h米/小時實施例4將具有下列特征的溶液聚合物進行蒸煮有機聚合物固體6%丙烯酰胺∶丙烯酸60∶100PH(凈相)8.0公稱分子量 6×106使該聚合物與0.5%分子量為67000道爾頓(exGAF)的聚合物(甲基·乙烯基醚/馬來酐)反應(yīng)。反應(yīng)借將粉末分散于溶液中并在60℃水浴中放置4小時來進行。將所得反應(yīng)混合物冷卻至30℃以下，并將1.0%聚乙烯基吡咯烷酮分散于該混合物中。再將混合物在水浴中放置2小時。冷卻后將絮凝劑溶液封裝。
實施例5制備具有下列特性的膠乳聚合物有機固體28.5%丙烯酰胺∶丙烯酸34∶23PH(1%)8.0公稱分子量 12×106將該聚合物冷卻至30℃以下，然后再與2.5%(重量)分子量為67，000(道爾頓)、分散在二倍于其重量的芳香溶劑中的聚(甲基·乙烯基醚/馬來酐)進行反應(yīng)。將該混合物冷卻至30℃以下，并將0.5%聚乙烯基吡咯烷酮分散于該混合物中。將該混合物再次在水浴中放置30分鐘。冷卻后將絮凝劑膠乳封裝。
實施例6制備具有下列特性的溶液聚合物有機聚合物固體6%丙烯酰胺∶丙烯酸7∶1PH(凈相)8.0公稱分子量 5×106使該聚合物與0.5%分子量為80，000道爾頓的聚(甲基·乙烯基醚/馬來酐)反應(yīng)。反應(yīng)經(jīng)粉末分散于溶液中，并在60℃水浴中放置4小時來進行。將所得混合物冷卻至30℃以下，并將0.1%聚乙烯基吡咯烷酮分散于該混合物中。將混合物再次在水浴中放置2小時。冷卻后將絮凝劑溶液封裝。
實施例7制備具有下列特性的溶液聚合物有機固體6%丙烯酰胺∶丙烯酸50∶50PH(凈相)8.0使該原料聚合物與0.5%(重量)分子量為67，000道爾頓的聚(甲基·乙烯基醚/馬來酐)反應(yīng)。反應(yīng)經(jīng)將粉末分散于溶液中，并在放于60℃水浴中的密封容器中放置4小時來進行。將所得混合物冷卻至30℃以下，并將0.1%聚乙烯基吡啶烷酮分散于該混合物中。將混合物再次在水浴中放置2小時。冷卻后將絮凝劑溶液封裝。
實施例8制備具有下列特性的溶液聚合物有機固體(丙烯酸)6%PH(凈相)8.0使該原料聚合物與0.5%分子量為67，000道爾頓的聚(甲基·乙烯基醚/馬來酐)反應(yīng)。反應(yīng)經(jīng)將粉末分散于溶液中，并將之在放于60℃水浴中的密封容器中放置4小時來進行。將反應(yīng)混合物冷卻至30℃以下，并將0.1%聚乙烯基吡咯烷酮分散于該混合物中。將混合物再次在水浴中放置2小時。冷卻后將該絮凝劑溶液封裝。
由實驗數(shù)據(jù)可見，這些化合物不僅是成本效率更高的基本組分(使反應(yīng)在具有理想電荷密度的化合物上進行，以便與被分離物相一致時)，而且還可在保持效能的同時允許更大的電荷密度值。這在整個采礦過程中電荷密度需要經(jīng)常(且有時驚人地)變化[例如，礦體中的變化、同一煤層中的變化、或不同煤層間的變化、影響污水處理的水土條件的變化。還有許多其它例子可以列舉]的采礦工業(yè)尤其重要。
本發(fā)明提供了改性聚電解質(zhì)，該改性聚電解質(zhì)可用作絮凝劑，還可應(yīng)用于水處理、煉油、金屬精飾、食品加工、造紙、礦物加工及制造工藝等不同領(lǐng)域的分離工藝中。
權(quán)利要求
1.一種改性聚電解質(zhì)，其特征在于，使一種聚電解質(zhì)與一種至少由兩個烯不飽和單體組成的共聚物反應(yīng)，該單體中至少有一個含有酐基團。
2.一種制備改性聚電解質(zhì)的工藝，該工藝包括使一種聚電解質(zhì)與一種至少由兩個烯不飽和單體組成的共聚物反應(yīng)，該單體中至少有一個含有酐基團。
3.權(quán)利要求2所述的工藝，其中聚電解質(zhì)的分子量在2×104至1×108道爾頓范圍。
4.權(quán)利要求3所述的工藝，其中聚電解質(zhì)的分子量在1×105至7×106道爾頓范圍。
5.權(quán)利要求2至4中任一項所述的工藝，其中聚電解質(zhì)的量以聚電解質(zhì)固體計為0-200%。
6.權(quán)利要求5所述的工藝，其中聚電解質(zhì)的量以聚電解質(zhì)固體計為10%。
7.權(quán)利要求2至6中任一項所述的工藝，其中共聚物分子量在1×104至1×106道爾頓范圍。
8.權(quán)利要求2至7中任一項所述的工藝，其中共聚物是甲基·乙烯基醚與馬來酐的共聚物。
9.權(quán)利要求2至8中任一項所述的工藝，其中聚電解質(zhì)與共聚物在0℃至120℃溫度下反應(yīng)5分鐘至4小時。
10.權(quán)利要求9所述的工藝，其中反應(yīng)在40℃至80℃溫度下進行至多50分鐘。
11.權(quán)利要求2至10中任一項所述的工藝，其中聚電解質(zhì)和共聚物在溶液中反應(yīng)。
12.權(quán)利要求2至11中任一項所述的工藝制備的權(quán)利要求1所述的改性聚電解質(zhì)。
13.一種再改性聚電解質(zhì)，其特征在于，將權(quán)利要求1所述的改性聚電解質(zhì)與乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯基吡咯烷酮反應(yīng)，然后再與共聚物反應(yīng)而再改性。
14.一種制備再改性聚電解質(zhì)的工藝，該工藝包括經(jīng)降低溫度來終止權(quán)利要求2所述的工藝、用乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯基吡咯烷酮分散該反應(yīng)混合物，并令反應(yīng)繼續(xù)進行。
15.權(quán)利要求14所述的工藝，其中將溫度降至30℃以下，拌合或攪拌混合物以分散乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯基吡咯烷酮，并再次加熱該混合物以使反應(yīng)重新開始。
16.權(quán)利要求14或15所述的工藝，其中乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯基吡咯烷酮與共聚物的重量比在1∶1至1∶10范圍內(nèi)。
17.權(quán)利要求16所述的工藝，其中乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯基吡咯烷酮與共聚物的重量比為1∶5。
18.權(quán)利要求14至17中任一項所述工藝制備的權(quán)利要求13所述的再改性聚電解質(zhì)。
19.一種絮凝組合物，其中含有與常用載體和常規(guī)絮凝組合物中使用的稀釋劑結(jié)合使用的權(quán)利要求1或12所述的改性聚電解質(zhì)，或者權(quán)利要求13或18所述的再改性聚電解質(zhì)。
20.一種絮凝方法，該方法包括在待絮凝物料中添加權(quán)利要求1或12所述的改性聚電解質(zhì)、權(quán)利要求13或18所述的再改性聚電解質(zhì)和/或權(quán)利要求19所述的絮凝組合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及分離工藝中可用作絮凝劑的改性聚電解質(zhì)、制備該改性聚電解質(zhì)的工藝、含有改性聚電解質(zhì)的絮凝組合物、以及使用本發(fā)明改性聚電解質(zhì)和改性聚電解質(zhì)組合物的分離方法。
文檔編號C08G81/02GK1043298SQ8910976
公開日1990年6月27日 申請日期1989年12月5日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月5日
發(fā)明者馬克·雷·沃森 申請人:馬克·雷·沃森