微波輔助制備聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化鋁方法及應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)保工程技術領域，具體涉及一種微波輔助制備的高效復合混凝劑聚 丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化鋁的方法及應用。
【背景技術】
[0002] 錳礦的開采與冶煉產(chǎn)生很大的國民經(jīng)濟效益，但是在開采與冶煉過程中難免產(chǎn)生 污染物，這些污染物當中有很大一部分已經(jīng)通過雨水淋溶和地表徑流進入水體，導致水體 當中錳含量超標。而隨著重金屬錳一同進入水體的含有廣泛存在于自然界當中的腐殖酸類 物質(zhì)，因此錳礦區(qū)周邊水體存在重金屬錳與腐殖酸的雙重污染。
[0003] 目前針對這兩大類污染物質(zhì)的去除和處理已經(jīng)研究多年，而且取得了一定的效 果，混凝法就是其中比較常用的方法?；炷恋砣コ夹g在眾多的水處理技術當中以其操 作更為簡單、處理效果更好等優(yōu)點得到廣泛運用。但是常規(guī)混凝劑只是單一能夠去除重金 屬或者單一去除腐殖酸類物質(zhì)，能夠同時將這兩類污染物去除的混凝劑較少，且去除效果 并不理想，因此新型高效復合混凝劑的開發(fā)研究因此也已經(jīng)逐漸成為水處理劑的重要發(fā)展 方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的之一在于提供一種將特殊官能團的有機反應單體引入常規(guī)混凝劑 當中，并將無機有機混凝劑復合，達到理想去除效果的微波輔助制備聚丙烯酰胺-谷胱甘 妝 -氣化錯方法。
[0005] 本發(fā)明的微波輔助制備聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化鋁方法，包括如下順序的步 驟：
[0006] (1)室溫下，將5.0~10.0g的丙烯酰胺加入到反應容器中，再加入30ml的去離子 水，開始攪拌使丙烯酰胺溶解，充分溶解后通氮驅(qū)氧5~30min;
[0007] (2)取過硫酸銨與尿素加入燒杯，將其溶解，并加入至步驟（1)通氮保護的反應容 器中，繼續(xù)通氮氣5~30min，水浴加熱反應1~5h，其中，水浴溫度控制在20~50°C之間，即 可制得聚丙烯酰胺凝膠；
[0008] (3)將步驟(2)制得聚丙烯酰胺凝膠為反應單體，將其溶解，使質(zhì)量濃度為1~10% 之間，量取l〇〇mL于三頸燒瓶中，并調(diào)節(jié)其pH值控制在1~3之間；
[0009] (4)開啟攪拌裝置并設置恒溫水浴鍋溫度為20~50°C，溫度穩(wěn)定后，將1.0~3.0ml 甲醛溶液移至滴液漏斗中，并使其緩慢滴加至三頸燒瓶中，調(diào)節(jié)體系pH值為1.5~3之間，反 應1~4h;
[0010] (5)移入谷胱甘肽含量為0.005~1.0g的還原性谷胱甘肽溶液至滴液漏斗中，使其 緩慢滴加至三頸燒瓶中，將三頸燒瓶轉(zhuǎn)移至微波反應器中，在微波功率為20~100W的微波 輻射條件下使反應體系溫度迅速上升至60~120°C，然后調(diào)節(jié)微波功率在20~60W之內(nèi)，使 反應溫度控制在60~120°C，反應3~15min使其聚合，即可制得聚合產(chǎn)物聚丙烯酰胺-谷胱 甘肽；
[0011] (6)將步驟(5)制得的聚丙烯酰胺-谷胱甘肽與無機混凝劑聚合氯化鋁混合后再轉(zhuǎn) 移至微波反應器中，調(diào)節(jié)微波功率為20~100W，再反應2~lOmin使其聚合，在微波反應器中 反應完畢后將其取出，置于20~60°C水浴條件下，聚合反應1~5h;
[0012] (7)待步驟(6)的反應結(jié)束后，將反應混合溶液常溫下放置熟化12h，即可得到聚合 物丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化鋁復合混凝劑。
[0013] 具體的，步驟（2)中，所述過硫酸銨的加入量為0.004~O.Olg，尿素的加入量為 0 · 002 ~0 · 01g〇
[0014] 具體的，步驟(2)中，將硫酸銨、尿素分別溶解后依次加入到反應容器中，或者將硫 酸銨、尿素混合均勻溶解后一次性加入反應容器中。
[0015] 具體的，步驟(6)中，聚丙烯酰胺-谷胱甘肽與無機混凝劑聚合氯化鋁的質(zhì)量比控 制在1~5:100之間。
[0016] 本發(fā)明的目的之二在于提供上述方法微波輔助制備聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化 鋁的應用，即：將聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化鋁應用于去除礦山廢水中重金屬Mn(II)或地 表水中的腐殖酸。它具體包括如下步驟：
[0017] (1)首先，分析待處理水中Mn(II)或腐殖酸的含量；
[0018] (2)根據(jù)水中Mn(II)或腐殖酸的含量計算復合混凝劑聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化 鋁的投加量，水中所含投加的混凝劑聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化鋁的量為5.0~100.OmL/ L；
[0019] (3)將含有Mn(II)或腐殖酸的水輸送至反應器中，按步驟(2)所述反應比例，通過 加藥管向反應器中投加混凝劑聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化鋁；同時，啟動攪拌器將上述水 體和所述混凝劑充分攪拌，以300r/min的速度攪拌3.0分鐘，然后再以50r/min的速度攪拌 10.0分鐘，通過混凝劑的絮凝作用從而使水環(huán)境當中的Mn(II)離子濃度、腐殖酸濃度下降 80.0%以上；
[0020] (4)將步驟(3)處理后的水體，靜置0.5~5h;通過絮凝沉降作用使水中聚丙烯酰 胺-谷胱甘肽-氯化鋁及其吸附物沉降到底部。
[0021] 本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術，具有如下優(yōu)點：
[0022] (1)本發(fā)明提供的制備聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化鋁的方法，步驟簡單，聚合時間 短。
[0023] (2)本發(fā)明方法所制備的復合混凝劑聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化鋁，具有無機混 凝劑與有機混凝劑的優(yōu)點，因此通過本發(fā)明方法制備出的復合絮凝劑對水體中Mn(II)等重 金屬以及腐殖酸有很好的去除效果。
【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合具體實驗實例對本發(fā)明作進一步詳細的描述。其中的Mn(II)表示二價錳 離子。
[0025] 實施例1:
[0026] (1)室溫下，向反應容器中加入丙烯酰胺5.0g，再加入30.0 mL的去離子水攪拌，使 其充分溶解，通氮驅(qū)氧lOmin;
[0027] (2)取質(zhì)量為0.006g的過硫酸銨以及質(zhì)量為0.008g的尿素加入燒杯，再加入20ml 去離子水攪拌并溶解，一次性加入到反應器中，通氮驅(qū)氧l〇min;水浴溫度為30°C條件下反 應3h后可得聚丙烯酰胺凝膠；
[0028] (3)量取lOOmL質(zhì)量濃度為1.5%的聚丙烯酰胺(步驟2所制備)溶液于三頸燒瓶中， 并調(diào)節(jié)pH為2.5;
[0029] (4)將三頸燒瓶置于30°C水浴鍋中，攪拌條件下將2.0ml甲醛移至滴液漏斗中，并 使其緩慢滴加至三頸燒瓶中反應2.5h，體系pH值控制在2.0;
[0030] (5)移入一定量的還原性谷胱甘肽溶液(其中谷胱甘肽含量為0.005g)至滴液漏斗 中，使其緩慢滴加至三頸燒瓶中，將三頸燒瓶轉(zhuǎn)移至微波反應器中在微波功率為60W的微波 輻射條件下使反應體系溫度迅速上升至60 °C，然后調(diào)節(jié)微波功率在20W，使反應溫度控制在 60°C，聚合反應5min，即可制得聚丙烯酰胺-谷胱甘肽；
[0031] (6)將步驟(5)制備的聚丙烯酰胺-谷胱甘肽與無機混凝劑聚合氯化鋁（質(zhì)量比控 制在1:100)混合后再轉(zhuǎn)移至微波反應器中，調(diào)節(jié)微波功率為20W，再反應5min使其聚合，在 微波反應器中反應完畢后將其取出，置于30°C水浴條件下，聚合反應5h;
[0032] (7)待步驟(6)的反應結(jié)束后，將反應混合溶液常溫下放置熟化12h，即可得到聚合 物丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化鋁復合混凝劑。
[0033] 實施例2:
[0034] (1)室溫下，向反應容器中加入丙烯酰胺5.0g，再加入30.0 mL的去離子水攪拌，使 其充分溶解，通氮驅(qū)氧15min;
[0035] (2)取質(zhì)量為0.008g的過硫酸銨以及質(zhì)量為0.008g的尿素加入燒杯，再加入20ml 去離子水攪拌并溶解，一次性加入到反應器中，通氮驅(qū)氧15min;水浴溫度為35°C條件下反 應3h后可得聚丙烯酰胺凝膠；
[0036] (3)量取100mL質(zhì)量濃度為1.5%的聚丙烯酰胺(步驟2所制備)溶液于三頸燒瓶中， 并調(diào)節(jié)pH為2.0;
[0037] (4)將三頸燒瓶置于35°C水浴鍋中，攪拌條件下將2.0ml甲醛移至滴液漏斗中，并 使其緩慢滴加至三頸燒瓶中反應2.5h，體系pH值控制在2.0;
[0038] (5)移入一定量的還原性谷胱甘肽溶液（其中谷胱甘肽含量為0.05g)至滴液漏斗 中，使其緩慢滴加至三頸燒瓶中，將三頸燒瓶轉(zhuǎn)移至微波反應器中在微波功率為40W的微波 輻射條件下使反應體系溫度迅速上升至60 °C，然后調(diào)節(jié)微波功率在20W，使反應溫度控制在 60°C，聚合反應6min，即可制得聚丙烯酰胺-谷胱甘肽；
[0039] (6)將步驟(5)制備的聚丙烯酰胺-谷胱甘肽與無機混凝劑聚合氯化鋁（質(zhì)量比控 制在4:100)混合后再轉(zhuǎn)移至微波反應器中，調(diào)節(jié)微波功率為20W，再反應6min使其聚合，在 微波反應器中反應完畢后將其取出，置于30°C水浴條件下，聚合反應4h