專(zhuān)利名稱(chēng)：復(fù)合陰陽(yáng)離子淀粉/p(am-dmc)絮凝劑及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理領(lǐng)域，特別是涉及一種水處理用絮凝劑。
背景技術(shù)：
絮凝沉淀法是一種水處理方法，應(yīng)用最廣泛、成本最低。此方法是指在廢水中，加 入一定量的絮凝劑，使其進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到水體凈化的目的。目前國(guó)內(nèi)外既經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn) 便的水處理技術(shù)是提高水質(zhì)處理效率，其關(guān)鍵問(wèn)題之一是絮凝劑的選擇?，F(xiàn)有的絮凝劑分 為1、無(wú)機(jī)絮凝劑，最常用的為鋁鹽系，但由于絮凝過(guò)程不完善，導(dǎo)致部分鋁以氫氧化鋁的微 細(xì)顆粒存在于水中。隨著人們對(duì)水處理認(rèn)識(shí)的不斷提高，殘留鋁對(duì)生物體產(chǎn)生的毒害作用 倍受人們的關(guān)注，如何減少二次污染的問(wèn)題已經(jīng)越來(lái)越引起重視?？紤]到無(wú)機(jī)絮凝劑具有 一定的腐蝕性和毒性對(duì)人類(lèi)健康和生態(tài)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生不利影響，人們研制開(kāi)發(fā)出了有機(jī)高分 子絮凝劑。2、有機(jī)高分子絮凝劑，最常用的就是聚丙烯酰胺類(lèi)，通過(guò)對(duì)其改造又出現(xiàn)了陽(yáng)離 子性，陰離子型，兩性型及非離子型。有機(jī)高分子絮凝劑出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代，它們應(yīng)用 前途廣闊，發(fā)展非常迅速。已用于給水凈化，水/油體系破乳，含油廢水處理，廢水再資源化 及污泥脫水等方面；還可用作油田開(kāi)發(fā)過(guò)程的泥漿處理劑，選擇性堵水劑，注水增稠劑，紡 織印染過(guò)程的柔軟劑，靜電防止劑及通用的殺菌、消毒劑等。由于大多數(shù)有機(jī)高分子絮凝劑 本身或其水解、降解產(chǎn)物有毒，且合成用丙烯酰胺單體有毒，能麻醉人的中樞神經(jīng)，應(yīng)用領(lǐng) 域受到一定限制，迫使絮凝劑向廉價(jià)實(shí)用、無(wú)毒高效的方向發(fā)展。在進(jìn)行水處理時(shí)，選擇能夠產(chǎn)生穩(wěn)定絮狀物的絮凝劑，確定最佳產(chǎn)品的劑量，以產(chǎn) 生最佳沉淀速度、透明度和脫水效果。如果單獨(dú)使用有機(jī)高分子量絮凝劑未能產(chǎn)生預(yù)期效 果，則可通過(guò)與硫酸鋁、聚氯化鋁和其它無(wú)機(jī)絮凝劑組合使用的方法來(lái)改善其效果。原水中 懸浮物的種類(lèi)、大小、濃度及PH等都會(huì)依水質(zhì)而不同，這些條件通常也會(huì)不斷地發(fā)生變化。 眾所周知，攪拌條件也會(huì)影響絮狀物形成的狀態(tài)。因此，為了獲得最佳結(jié)果，我們需要調(diào)整 PH值和攪拌條件。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述領(lǐng)域中的缺陷，本發(fā)明提供一種復(fù)合陰陽(yáng)離子淀粉-PAM/DMC絮凝劑，其 絮凝效果好，且成本低，毒性小，能適用較寬PH范圍的污水處理。同時(shí)提該復(fù)合絮凝劑的制備方法。復(fù)合陰陽(yáng)離子淀粉/P (AM-DMC)絮凝劑，由兩性糊化可溶解變性淀粉與P (AM-DMC) 按重量比為1 1-1. 5常溫混合而成，所述兩性糊化可溶解變性淀粉陽(yáng)離子取代度為 0. 02-0. 05，陰離子取代度為 0. 6-0. 8，pH5. 5-6. 0。所述兩性糊化可溶解變性淀粉與P (AM-DMC)的重量比為1 1. 2。所述P (AM-DMC)的相對(duì)分子質(zhì)量為300 500萬(wàn)，其中DMC單體含量占 25% -30%。復(fù)合陰陽(yáng)離子淀粉/P (AM-DMC)絮凝劑的制備方法，包括如下步驟
1、制備陽(yáng)離子變性淀粉，2、再制備兩性糊化可溶解變性淀粉，3、將兩性糊化可溶解變性淀粉與P (AM-DMC)按比例常溫混合1_2小時(shí)。所述步驟1采用半干法制備，將堿性陽(yáng)離子劑和淀粉于80 90°C下混合反 應(yīng)1. 5 2h，得到陽(yáng)離子變性淀粉，取代度為0. 03-0. 04 ；堿性陽(yáng)離子用量為淀粉重量的 1-1. 5%。所述堿性陽(yáng)離子劑是DMC堿性加成的產(chǎn)物。所述步驟2采用半干法制備，將磷酸鹽溶液、尿素溶液及pH調(diào)整劑與陽(yáng)離子變性 淀粉于120 140°C下混合反應(yīng)，得到陰離子取代度為0. 6-0. 8，pH5. 5-6. 0的兩性糊化可 溶解變性淀粉。所述步驟2采用三步法制備，A、將磷酸鹽溶液、尿素溶液及pH調(diào)整劑與陽(yáng)離子 變性淀粉于120 140°C下混合反應(yīng)1-2小時(shí)，水洗未完全反應(yīng)的鹽，干燥至含水量為 5-10%，得到陰離子取代度為0. 2-0. 25的兩性糊化變性淀粉I ；B、將磷酸鹽溶液、尿素溶液 及pH調(diào)整劑與兩性糊化變性淀粉I于120 140°C下混合反應(yīng)1-2小時(shí)，水洗未完全反應(yīng) 的鹽，干燥至含水量為5-10%，得到陰離子取代度為0. 35-0. 40的兩性糊化變性淀粉II ；C、 將磷酸鹽溶液、尿素溶液及PH調(diào)整劑與兩性糊化變性淀粉II于120 140°C下混合反應(yīng) 1-2小時(shí)，水洗未完全反應(yīng)的鹽，，干燥至含水量為5-10%，得到陰離子取代度為0. 6-0. 80， PH5. 5-6. 0的兩性糊化變性淀粉。所述磷酸鹽為磷酸鈉，所述pH調(diào)整劑為氫氧化鈉。所述步驟A中磷酸鹽溶液、尿素溶液的用量分別為淀粉重量的6%、3% ；所述步驟B中磷酸鹽溶液、尿素溶液的用量分別為淀粉重量的12%、6% ；所述步驟C中磷酸鹽溶液、尿素溶液的用量分別為淀粉重量的20%、8%。本發(fā)明將高陰離子化兩性糊化變性淀粉與PAM陽(yáng)離子化即P(AM-DMC)陽(yáng)離子絮 凝劑復(fù)配在一起，形成陰陽(yáng)離子復(fù)合的絮凝劑，該絮凝劑用變性淀粉取代了部分P (AM-DMC) 陽(yáng)離子絮凝劑，使得本產(chǎn)品的成本低，毒性大為減小，同時(shí)本發(fā)明絮凝劑的效果比陽(yáng)離子聚 丙烯酰胺、淀粉接枝丙烯酰胺的效果好，且具有更廣泛的PH值適用范圍。本發(fā)明的兩性糊化可溶解變性淀粉是采用堿性陽(yáng)離子將淀粉變性，此時(shí)的陽(yáng)離子 取代度較低，然后再陰離子變性，使其陰離子取代度達(dá)到0. 6-0. 8，pH5. 5-6. 0，即得到冷水 糊化溶解的兩性糊化變性淀粉，陰離子變性采用磷酸鹽和尿素以及PH值調(diào)節(jié)劑，一步達(dá)不 到可以分步取代。淀粉堿性陽(yáng)離子化是采用堿性陽(yáng)離子劑與淀粉發(fā)生醚化反應(yīng)，堿性陽(yáng)離子劑優(yōu)選 DMC堿性加成的產(chǎn)物，選用的原料DMC正好與P (AM-DMC)配合。陰離子變性采用多步深層變 性，使淀粉變性得到冷水糊化溶解的特性，能用于復(fù)配成絮凝劑。本發(fā)明中改性后的淀粉與P(AM-DMC)復(fù)配時(shí)用量達(dá)到45%左右，大大降低了本發(fā) 明絮凝劑的成本，同時(shí)具有更廣泛的PH值適用范圍。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說(shuō)明。實(shí)施例
1、生產(chǎn)材料和設(shè)備原料均為市售產(chǎn)品玉米淀粉、丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯氯甲烷鈉 (DMC)或者二甲基二烯丙基氯化銨、過(guò)硫酸銨、亞硫酸氫鈉、偶氮二異丁腈、磷酸鈉(磷酸二 氫鈉或磷酸一氫鈉)、氫氧化鈉(碳酸鈉或碳酸氫鈉)，堿性陽(yáng)離子-40%氫氧化鈉堿性加成 DMC的產(chǎn)物等化學(xué)材料P (AM-DMC)絮凝劑可采用市售產(chǎn)品，可按照聚合分子量及單體比來(lái)選用，本發(fā)明采 用自制聚合產(chǎn)品。設(shè)備722分光光度計(jì)、溫度指示控制儀、離心機(jī)、梨刀式加熱混合機(jī)、齒耙式混合 機(jī)、造粒機(jī)、流動(dòng)式干燥機(jī)等。2、工藝1.淀粉陽(yáng)離子化變性(半干法生產(chǎn))將一定量的淀粉加入加熱混合機(jī)，在混合條件下噴曬已事先配置好的堿性陽(yáng)離子 劑于80 90°C下混合反應(yīng)1. 5 2h，陽(yáng)離子材料用量為淀粉質(zhì)量的1. 3%，即得陽(yáng)離子變 性產(chǎn)品，轉(zhuǎn)化率98%，取代度(DS) 0.035。2.兩性糊化變性淀粉合成(半干法生產(chǎn))將上述陽(yáng)離子化淀粉在混合加熱機(jī)中在混合條件下噴入事先配置好的磷酸鈉溶 液和尿素溶液及NaOH，磷酸鈉和尿素配比質(zhì)量分?jǐn)?shù)按淀粉總量的6%和3%，要求淀粉含水 量5%，于140°C混合2h，反應(yīng)結(jié)束后放出物料水洗、甩干，重復(fù)二次，洗出產(chǎn)物中鈉鹽。產(chǎn)物 取代度0.2以上。將上述水洗過(guò)的淀粉濾餅放入混合干燥機(jī)中，于55°C下混合干燥至水分5 10%，再次重復(fù)前一次工藝，只是磷酸鈉和尿素配比量各增加一倍，分別為12%和6%，反 應(yīng)結(jié)束后放出物料水洗、甩干，重復(fù)二次，洗出產(chǎn)物中鈉鹽。產(chǎn)物取代度0.35。將上述水洗過(guò)的淀粉濾餅放入混合干燥機(jī)中，于55°C下混合干燥至水分5 10%，再次噴入事先配備好的磷酸鈉和尿素溶液，加入量分別為淀粉的20%和8%，工藝同 上。即得冷水糊化溶解的取代度0.6 0.8的高陰離子化兩性功能淀粉。產(chǎn)物(20%溶液) PH值5. 5 6. 0.注如產(chǎn)物取代度達(dá)不到理想要求，可按上述工藝再重復(fù)工藝次數(shù)。3.PAM陽(yáng)離子化首先將丙烯酰胺和DMC(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯氯甲烷鹽)配成36%溶液，攪 拌讓其充分溶解，體系PH7 9，通入N2氣20min，升溫30°C，加入引發(fā)劑過(guò)硫酸銨，還原劑 亞硫酸氫鈉，lOmin后還是在隊(duì)氣保護(hù)下再加入偶氮二異丁腈引發(fā)劑，引發(fā)劑總用量是混合 體系的1. 3，體系引發(fā)聚合過(guò)程，盡量控制溫度30 50°C下，極限溫度不能超過(guò)75°C，保胺 化度60%以上，溫度太高會(huì)給產(chǎn)物造成交聯(lián)。引發(fā)劑加完0. 5h后停止通入N2，在此溫度下 聚合反應(yīng)4 6h。得凝膠狀產(chǎn)物。該產(chǎn)物混合單體中DMC占28%，相對(duì)分子質(zhì)量為300 500 萬(wàn)。將凝膠產(chǎn)物取出剪切，造粒于流動(dòng)干燥機(jī)80 95°C下烘干，60目粉碎待用。4.輔配將上述二項(xiàng)成型產(chǎn)物天然膠淀粉和陽(yáng)離子PAM按1 1.2的比例在混合機(jī)中常溫 混合1 2h，出料包裝。產(chǎn)品固含量89 90%，外觀(guān)為白色或淡黃色粉末狀。該產(chǎn)品為陰陽(yáng)離子多功能復(fù)合PAM天然膠。
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實(shí)驗(yàn)例1、絮凝效果實(shí)驗(yàn)用水樣的透光率衡量。透光率測(cè)定如下用2000ml燒杯裝入1000ml8%濃度的 污水，再加入0. 5%。 1%。的本品絮凝劑進(jìn)行污泥脫水，經(jīng)攪拌脫穩(wěn)讓絮體抱團(tuán)，然后靜止 10 15min，取距離液面4公分處的上層液放入722分光光度計(jì)，于660波長(zhǎng)處檢測(cè)透光率。取1000ml (含8%污泥)的重污泥4個(gè)樣，分別每個(gè)樣用本品的加入量為0. 3%。、 0. 5%。、1%。、1. 5%。，在2000ml中脫穩(wěn)20秒 30秒鐘。(本樣品先稀釋或0. 5%再用)。本品比對(duì)污泥脫水的影響 由表可見(jiàn)在污泥脫水中本品添加量為千分之一透光率最佳。本品用于普通濁度污水絮凝效果的影響 由表可見(jiàn)在普通濁度污水中本品添加量10mg/L透光率最佳。2、與其它絮凝劑效果對(duì)比同時(shí)用添加量10mg/L，本品與德國(guó)的DE(主要成分是陽(yáng)離子聚丙烯酰胺)和市售 淀粉-AM接枝共聚物在同樣條件下絮凝觀(guān)察PH值對(duì)絮凝效果的影響。透光率 由表可見(jiàn)，本品在整個(gè)PH值范圍內(nèi)對(duì)普通濁度污水的適用范圍最寬，優(yōu)于其它兩 個(gè)品種。本發(fā)明利用深層次反復(fù)的將淀粉變性到所需的要求值，然后再與陽(yáng)離子聚丙烯酰 胺進(jìn)行復(fù)配。復(fù)配比例淀粉PAM(1 1.2)，結(jié)果絮凝效果不低于或好于純陽(yáng)離子聚丙烯 酰胺和淀粉_丙烯酰胺接枝物。本項(xiàng)產(chǎn)品材料成本能大幅下降，它使用了大量的深變性淀粉代替了價(jià)格昂貴的丙烯酰胺，減少了酰胺殘余毒性，增加了生物降解，適應(yīng)復(fù)雜污水的處 理，也符合當(dāng)今市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律。
權(quán)利要求
復(fù)合陰陽(yáng)離子淀粉/P(AM-DMC)絮凝劑，由兩性糊化變性淀粉與P(AM-DMC)按重量比為1∶1-1.5常溫混合而成，所述兩性糊化可溶解變性淀粉陽(yáng)離子取代度為0.02-0.05，陰離子取代度為0.6-0.8，pH5.5-6.0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合陰陽(yáng)離子淀粉/P(AM-DMC)絮凝劑，所述兩性糊化可溶解 變性淀粉與P(AM-DMC)的重量比為1 1.2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合陰陽(yáng)離子淀粉/P(AM-DMC)絮凝劑，所述P(AM-DMC)的相 對(duì)分子質(zhì)量為300 500萬(wàn)，其中DMC單體含量占25% -30%。
4.權(quán)利要求1-3任一所述的復(fù)合陰陽(yáng)離子淀粉/P(AM-DMC)絮凝劑的制備方法，包括如 下步驟1)制備陽(yáng)離子變性淀粉，2)再制備兩性糊化可溶解變性淀粉，3)將兩性糊化可溶解變性淀粉與P(AM-DMC)按比例常溫混合1-2小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，所述步驟1采用半干法制備，將堿性陽(yáng)離子劑和淀 粉于80 90°C下混合反應(yīng)1. 5 2h，得到陽(yáng)離子變性淀粉，取代度為0. 03-0. 04 ；堿性陽(yáng) 離子用量為淀粉重量的1-1.5%。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，所述堿性陽(yáng)離子劑是DMC堿性加成的產(chǎn)物。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，所述步驟2采用半干法制備，將磷酸鹽溶液、尿 素溶液及PH調(diào)整劑與陽(yáng)離子變性淀粉于120 140°C下混合反應(yīng)，得到陰離子取代度為 0. 6-0. 8，pH5. 5-6. 0的兩性糊化可溶解變性淀粉。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，所述步驟2采用三步法制備，A、將磷酸鹽溶液、尿 素溶液及PH調(diào)整劑與陽(yáng)離子變性淀粉于120 140°C下混合反應(yīng)1-2小時(shí)，水洗未完全反 應(yīng)的鹽，干燥至含水量為5-10%，得到陰離子取代度為0. 2-0. 25的兩性糊化變性淀粉I ； B、將磷酸鹽溶液、尿素溶液及pH調(diào)整劑與兩性糊化變性淀粉I于120 140°C下混合反應(yīng) 1-2小時(shí)，水洗未完全反應(yīng)的鹽，干燥至含水量為5-10%，得到陰離子取代度為0. 35-0. 40 的兩性糊化變性淀粉II ；C、將磷酸鹽溶液、尿素溶液及pH調(diào)整劑與兩性糊化變性淀粉II 于120 140°C下混合反應(yīng)1-2小時(shí)，水洗未完全反應(yīng)的鹽，干燥至含水量為5-10%，得到 陰離子取代度為0. 6-0. 80，pH5. 5-6. 0的兩性糊化可溶解變性淀粉。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，所述磷酸鹽為磷酸鈉，所述pH調(diào)整劑為氫氧化鈉。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，所述步驟A中磷酸鹽溶液、尿素溶液的用量分 別為淀粉重量的6%、3% ；所述步驟B中磷酸鹽溶液、尿素溶液的用量分別為淀粉重量的 12%,6% ；所述步驟C中磷酸鹽溶液、尿素溶液的用量分別為淀粉重量的20%、8%。
全文摘要
本發(fā)明涉及“復(fù)合陰陽(yáng)離子淀粉/P(AM-DMC)絮凝劑及制備方法”，屬于水處理試劑領(lǐng)域，它由兩性糊化可溶解變性淀粉與P(AM-DMC)按重量比為1∶1-1.5常溫混合而成，所述兩性糊化可溶解變性淀粉陽(yáng)離子取代度為0.02-0.05，陰離子取代度為0.6-0.8，pH5.5-6.0。本發(fā)明將高陰離子化兩性糊化可溶解變性淀粉與PAM陽(yáng)離子化即P(AM-DMC)陽(yáng)離子絮凝劑復(fù)配在一起，形成陰陽(yáng)離子復(fù)合的絮凝劑，該絮凝劑用占總量的45％左右的變性淀粉取代了部分P(AM-DMC)陽(yáng)離子絮凝劑，使得本產(chǎn)品的成本低，毒性小，但效果比陽(yáng)離子聚丙烯酰胺、淀粉接枝丙烯酰胺的效果好，且具有更廣泛的pH值適用范圍。
文檔編號(hào)C02F1/56GK101857294SQ20091008190
公開(kāi)日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2009年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者祝躍, 郭蘭香, 郭猛 申請(qǐng)人:北京京衛(wèi)亞泰工貿(mào)有限公司