新型聚丙烯酰胺絮凝剂的研究.docx

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1、新型聚丙烯酰胺絮凝剂的研究文章编号:1001-227X(2002)03-0015-05新型聚丙烯酰胺絮凝剂的研究谭正德,龙有前,王碧莲,李协成(湖南工程学院化工系,湖南湘潭411101)摘要:研制出一种锌系复合絮凝剂和改性聚丙烯酰胺絮凝剂。介绍了其制备方法、絮凝剂中各组分的作用及反响条件确实定。通过实例研究了絮凝剂的投加量及絮凝pH值对絮凝效果的影响。结果表明,上述絮凝剂具有成本低、工艺简单、无毒、无污染、净水效果好等优点。关键词:聚丙烯酰胺;絮凝剂;锌系;改性中图分类号:TQ153.2文献标识码:AStudyofnewpolyacrylamideflocculantsTANZheng-de,

2、LONGYou-qian,WANGBi-lian,LIXie-cheng(ChemicalDept.,HunanInst.ofEngineering,Xiangtan411101,China)Abstract:Newpolyacrylamideflocculantsweredevelopedwhichincludeazincgroupcompositeflocculantandamodifiedpolyacrylamideflocculant.Preparationandcomponentsoftheflocculantsmentionedaboveweredescribed,reaction

3、conditionsforpreparationwereoptimizedaswell.TheeffectofflocculatingpHvalueandadditionamountonflocculationresultswasexemplified.Theresultsshowthattheflocculantshavestrengthssuchaslowcost,easypreparation,non-toxic,pollutionfreeandgoodflocculationresults.Keywords:polyacrylamide;flocculant;zincgroup;mod

4、ify1前言随着工业的发展,工业废水的排放不断增加,对水处理剂的要求也越来越高。絮凝剂的发展经历了从铝系絮凝剂及铁系絮凝剂到天然高分子絮凝剂、合成高分子絮凝剂、微生物絮凝剂和改性高分子絮凝剂1。铝絮凝剂(如:硫酸铝,三氯化铝及聚合铝)中的铝所带来的危害较重,在人体中蓄积导致老年性痴呆、脑病、骨病、肾病、非缺铁性贫血、肝功能障碍、眼眶骨膜出血,卵巢萎缩、关节和支气管炎等。对水生物的毒害也比拟严重,当含铝量高于0205mg/L时,可使鱼致死;土壤中的铝太多,会抑制植物的生长,空气中的铝能使雨水的pH值降低,出现酸雨,这些问题一直没有解决,所以铝系絮凝剂的应用遭到限制,某些国家和地区已经禁止使用铝系

5、絮凝剂处理饮用水。另外,铝系絮凝剂(尤其是聚合铝)制作工艺要求严格(反响温度、压力、时间要求严格控制)、成本高。铁系絮凝剂中含有Fe3+,Fe3+具有氧化性,对设备有腐蚀性,且处理经过难以控制,对某些水(尤其是有机物含量较多的水)易引起色度增加且无法絮凝等问题。而对于聚合铁,制作较复杂,周期长,且产品储存性差,易水解沉淀分层而影响絮凝效果,另外,有机高分子絮凝剂(如聚丙烯酰收稿日期:2002-01-28胺)的水溶液长期旋转会存在粘度下降(即陈化)及降解现象,使絮凝性能变差,目前,用的较多的是阴离子型或非离子型有机高分子絮凝剂,这些絮凝剂生产成本较高,且絮凝效果不是很理想。近年来,开发了絮凝性能

6、、脱水性能及作业性均好的高分子絮凝剂,包括阴离子型高分子絮凝剂,阳离子型高分子絮凝剂及两性高分子絮凝剂。与传统的非离子型相比,阳离子型、阴离子型和两性型高分子絮凝剂在脱水性、可操作性和絮凝性等方面具有明显的优势,尤其是两性高分子型絮凝剂,如两性聚丙烯酰胺,其分子中除含有酰胺基外,还含有正、负电荷基团,因此具有良好的水溶性。本文研究了一种多功能锌系复合絮凝剂和一种胺甲基化的阴离子两性聚丙烯酰胺絮凝剂。其净水效果好,成本低,无毒害,无污染,无腐蚀性,储存稳定长久,有效成分可任意调节,应用面宽,能自然降解。2实验部分21仪器、试剂、添加剂搅拌机721型分光光度计滴定架酸式滴定管(1-14)广泛pH试

7、纸(7.2-10.5)精细试纸ZnCl2(AR)ZnSO4(AR)Na2SO4(AR)NaHCO3(CP)HCl36%H2SO4(AR)95%98%NaOH(AR)Na2C2O4(AR)KMnO4(AR)TW?甲醛溶液(AR)甲酸(CP)TW#硫酸二甲酯(CP)硫酸铝钾(AR)TW?22絮凝剂的制备221多功能复合锌系絮凝剂先将一定比例的水加温至5080%,然后缓慢加少量聚丙烯酰胺,边加边搅伴,构成均匀溶液后,参加稳定剂,使其溶解完全。另一种参加部分水溶解一定量无机酸化剂,再参加无机锌盐,搅匀,然后将两液合并。搅匀,即成产品1。222胺甲基化改性聚丙烯酰胺絮凝剂先将一定量的水加热至4060%,

8、搅拌情况下,参加一定量的聚丙烯酰胺,使其溶解均匀,参加少量的NaOH,反响一定时间。于另一烧杯中,参加一定量48%二甲胺或二乙胺,滴加一定量37%的甲醛溶液,反响3min左右。将其反响产物渐渐参加聚丙烯酰胺溶液中,反响一定时间之后,参加助剂,制成产品。23实验实例231锌系复合絮凝剂例1:ZnCl2(95%)&20%,盐酸(30%)&4%,聚丙烯酰胺(分子量?100万)非离子型&001%,稳定剂TW?001%,水&7598%。制作工艺:先将3%的水加温到50%,接着渐渐参加聚丙烯酰胺,边加边搅拌,待其全溶后,再参加TW?并使其全溶。然后将盐酸参加其余的7298%的水中搅匀,再参加ZnCl2搅匀

9、,最后将二液合并,搅匀即可。例2:ZnSO4(95%)&30%,硫酸(9598%)&35%,聚丙烯酰胺(分子量?500万)非离子型:05%,稳定剂TW?005%,水&6595%。制作工艺:先将10%的水加温到65%,接着参加聚丙烯酰胺,边加边搅拌,待其全溶后,再参加TW?并使其全溶,然后将硫酸参加剩余的559%的水中搅匀,再参加ZnSO4搅匀即可。232胺甲基化改性聚丙烯酰胺絮凝剂例3先将180mLH2O加热到70%,接着渐渐参加聚丙烯酰胺15g使其溶解完全,参加30%NaOH12mL,搅匀反响1h。预先把TW2混合反响40min以上,并将其冷却至50%,参加反响体系,反响2h。反响后参加NH

10、4HCO32g和5滴OP-10。例4将120mL水加热至60%,参加聚丙烯酰胺1g,使其溶解完全,参加30%NaOH2mL,搅匀,降温至40%,参加TW3混合反响物,反响24h,再参加13mL硫酸二甲酯。24产品性能检验241水质湘潭造纸厂和湘潭化工厂的排污废水。污水水质情况如下:COD含量:252mg/LpH值:67颜色:灰黑色242化学耗氧量(COD)的测定利用高锰酸钾滴定法进行测定。243絮凝性能测定2431锌系复合絮凝剂在不同的pH值下,按不同剂量参加一定量的废水中,待其絮凝,倾出上层清液,过滤,滤液测其COD值及吸光度。2432阴离子/两性聚丙烯酰胺絮凝剂将产品溶于一定量的水中,水溶

11、液按不同剂量在不同的pH值下参加一定量的废水中,待其絮凝后倾出清液,过滤,滤液测其COD值及吸光度。2433除色率的测定采用721型分光光度计,以蒸馏水为参比。3结果与讨论31成分与配比此处用水为工业用水,用量随试剂参加不同而变;311锌系复合絮凝剂稳定剂可选用TW?,异丙醇,三乙醇胺等,优选TW?。用量为002%005%,无机锌盐可优选ZnCl2,用量为10%30%;无机酸化剂选用HCl(若无机锌盐选用ZnSO4,则选用H2SO4酸化)。所占百分比为1%4%;聚丙烯酰胺用量为005%05%;胺甲基化阳离子两性改性聚丙烯胺絮凝。312改性聚丙烯酰胺絮凝剂聚丙烯酰胺:氢氧化钠=1&00505(质

12、量比),TW#=10助剂为:水溶性无机盐或非离子外表活性剂,参加量为01%5%。水溶性无机盐包括钾、钠、铵的硫酸盐等;非离子外表活性剂包括聚氧乙烯烷基醚,聚乙二醇型非离子外表活性剂及多乙醇型非离子外表活性剂及其等同物。32反响条件确实定321反响pH值确实定对于锌系复合絮凝剂,反响需在强酸性条件下(pH=13)进行,因此反响体系中需参加无机盐酸化剂2,对于胺甲基化改性聚丙烯酰胺絮凝剂,反响pH?10,由于水解时参加NaOH,且二胺的pKb=323,所以体系pH值由NaOH及二胺本身控制。不需加其它缓冲剂调节。322反响温度确实定对于锌系复合絮凝剂,聚丙烯酰胺溶解温度为3070%,其余常温;对于

13、阳离子/两性聚丙烯酰胺絮凝剂,聚丙烯酰胺溶解温度为3070%,水解温度3095%;甲醛与二胺反响温度为常温,阳离子化反响为3070%。323反响时间确实定对于锌系复合絮凝剂,反响时间以试剂溶解混合均匀为准,对于胺甲基化改性聚丙烯酰胺絮凝剂,水解反响为0524h,烷基氨基甲醇制备为02h,阳离子反响为0424h。33产品外观锌系复合絮凝剂为无色透明,流动性好;阳离子/两性聚丙烯酰胺絮凝剂为微乳状液,粘度大,微黄。34添加剂的作用3411无机锌盐的作用提供Zn2+,起絮凝净化作用,兼有杀菌、消毒及防腐功能。342稳定剂的作用对聚丙烯酰胺水溶液起陈化、降解作用。343水溶性无机盐或非离子外表活性剂的

14、作用使产品粘度下降,流动性好,反响经过易于控制,产品溶解性好。35絮凝pH值及絮凝剂投加量确实定351絮凝pH值确实定在不同pH值下,使用一样剂量的絮凝剂,测定其絮凝效果,得出最佳絮凝pH值。表1例1产品不同pH值对废水的絮凝效果pH值COD去除率(%)除色率(%)7.012.08.08.019.215.28.531.925.09.037.637.09.545.348.510.038.033.610.529.524.0其最佳絮凝pH值为95左右表2例2产品不同pH值对废水的絮凝效果pH值COD去除率(%)除色率(%)7.58.212.58.010.917.38.512.525.79.021.5

15、32.09.538.639.510.042.342.010.537.938.2其最佳絮凝pH值为100左右表3例3产品不同pH值对废水的絮凝效果pH值COD去除率(%)除色率(%)7.06.510.26.010.217.35.025.621.54.037.238.63.045.347.32.039.038.61.033.234.2其最佳絮凝pH值为30左右表4例4产品不同pH值对废水的絮凝效果pH值COD去除率(%)除色率(%)7.09.212.36.021.521.55.038.437.24.051.353.93.042.141.52.032.534.71.028.729.3其最佳絮凝pH值

16、为40左右352絮凝剂投加量确实定在各产品最佳絮凝pH值下投加不同量的絮凝剂,测定其絮凝效果,得出最佳投加量。表5例1产品在pH值95左右于50mL废水中不同投加量的絮凝效果絮凝剂投加量(mL)COD去除率(%)除色率(%)0.2543.235.60.5049.341.00.7554.659.50.9061.378.91.0057.980.51.2553.275.61.5045.760.7其最佳投加量是1.0mL表6例2产品在pH值100左右于50mL废水中不同投加量的絮凝效果絮凝剂投加量(mL)COD去除率(%)除色率(%)0.2540.332.80.5047.539.00.7552.257

17、.50.9060.778.91.0055.660.51.2549.548.01.5043.133.2其最佳投加量是0.9mL4结论新型聚丙烯酰胺絮凝剂具有净水效果好、无毒害、无污染、无氧化腐蚀,原料来源广、成本低、工艺简单、反响条件温和等优点。表7例3产品在pH值30左右于100mL废水中不同投加量的絮凝效果絮凝剂投加量(mL)COD去除率(%)除色率(%)0.2541.230.50.5049.137.30.7553.241.00.9058.747.21.0061.265.51.2563.172.81.5057.351.3其最佳投加量是1.25mL表8例4产品在pH值40左右于100mL废水中

18、不同投加量的絮凝效果絮凝剂投加量(mL)COD去除率(%)除色率(%)0.2544.131.50.5049.248.60.7558.457.70.9061.672.31.0066.085.61.2559.573.61.5051.760.3其最佳投加量是1.0mL参考文献:1刘小兵.多功能复合絮凝剂P.中国专利:1116087,1996-02-07.2广州环境保护科学研究所.阳离子/两性接枝型聚丙烯胺的制备方法P.中国专利:1196334,1997-04-11.3CYTE技术有限公司.制备和使用高分子量丙烯酰胺的制备方法P.中国专利:1095074,1994-11-16.4刘小兵.用于废水处理的新型絮凝剂(聚丙烯睛与双氰双胺的反响物)J.化学世界,1992,(3):110-112.5韩广甸,赵树伟,李述文,等.有机制备化学手册(上册)M.北京:化学工业出版社,1991.78-100.6严瑞揎.水处理剂应用手册M.北京:化学工业出版社,1994.32-53.