專利名稱：陽離子型高分子絮凝劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種水處理劑，特別是污水處理劑。
考察城市污水處理的效果，最主要的指標是要看污泥的后續處理。如何才能使該泥順利脫水是城市生活污水和工業廢水處理的關鍵問題。當前國內污水處理廠和工業廢水處理站使用的高分子絮凝劑大部分是聚丙烯酰胺(PAM)，它的脫水絮凝作用原理是以架橋吸附為動力，從而使污泥形成絮塊沉降下來，但是這樣形成的絮塊體積小，沉降速度慢、絮凝脫水效果不理想，造成水、電、人工的浪費。
本發明的目的在于提供一種既有架橋吸附作用，又有電荷中和作用的陽離子型高分子絮凝劑及其制備方法。
本發明的目的可通過以下措施來實現一種陽離子型高分子絮凝劑，其特征在于它是以胺甲基聚丙烯酰胺為主要成份的無色透明膠體。
上述陽離子型高分子絮凝劑的制備方法，其特征在于A、反應原料及催化劑間有如下重量比例關系聚丙烯酰胺(含量以100％計)∶甲醛(含量以38％計)∶二甲胺(含量以40％計)∶水∶過硫酸鹽＝0.58～1.17∶0.80～0.9∶1∶46～50∶0.0021～0.003，B、操作步驟如下a、將聚丙烯酰胺加到去離子水中攪拌使之完全溶解，b、加入苛性堿水溶液調整溶液的PH值，使之在8～9之間，c、加入過硫酸鹽催化劑，
d、加入甲醛，控制反應溫度在48～52℃，甲醛加完后保溫反應1小時，e、加入二甲胺，控制反應溫度在68～72℃，二甲胺加完后保溫反應1小時。上述的聚丙烯酰胺是采用下述方法制備的，即向含量為30％丙烯酰胺單體中加入去離子水，使丙烯酰胺的含量為8～10％，再加入丙烯酰胺重量的2.1×10-4～3×10-4倍的過硫酸鹽催化劑，在60℃溫度下，攪拌反應10～60分鐘。最好用氮氣置換反應容器內的空氣，且氮氣的壓力為2～3kg/cm2。所用的水為去離子水。
本發明的高分子絮凝劑為無色透明狀膠體，易溶于水、分子量1000～1200萬，密度為5.4(25℃)，比重0.93(25℃)、PH值8.0±0.1(1％水溶液)。該絮凝劑的主要成份為胺甲基聚丙烯酰胺，其結構式如下
它是以聚丙烯酰胺、二甲胺及甲醛為原料、在有催化劑的條件下制備而成，其化學反應方程式如下
本發明的主要原料為聚丙烯酰胺，其分子量為500萬以上。本發明的原料還有甲醛、二甲胺、水(最好是去離子水)和催化劑。本發明采用的催化劑為過硫酸鹽，如過硫酸鉀、過硫酸鈉和過硫酸銨等。上述原料之間有如下重量比例關系，即聚丙烯酰胺(含量以100％計)∶甲醛(含量以38％計)∶二甲胺(含量以40％計)∶水∶過硫酸鹽＝0.58～1.17∶0.80～0.9∶1∶46～50∶0.0021～0.003。
本發明絮凝劑的制備工藝如下1、將聚丙烯酰胺加入到水或去離子水中，攪拌使之完全溶解。
2、加入苛性堿，如苛性鈉、苛性鉀，調整溶液的PH值，使其在8～9之間。
3、加入催化劑過硫酸鹽，并攪拌均勻。
4、向上述溶液中加入甲醛，控制反應溫度在48～52℃，待甲醛加完后保溫反應1小時。
5、然后升溫到68～72℃，加入二甲胺并控制反應在上述溫度下進行，待二甲胺加完后保溫反應1小時，得到的無色透明膠體溶液即為陽離子型高分子絮凝劑。
上述反應最好用氮氣置換反應容器內的空氣，反應容器內氮氣的壓力為2～3kg/cm2。
最好上述的聚丙烯酰胺采用如下方法制備向含量為30％的丙烯酰胺單體中加入去離子水，使丙烯酰胺的含量為8～10％，再加入丙烯酰胺重量2.1×10-4～3×10-4倍的過硫酸鹽催化劑，在60℃溫度下攪拌反應10～60分鐘，即可得到分子量為1000萬以上的聚丙烯酰胺。
本發明與現有技術相比具有如下優點1、本發明的絮凝劑具有分子量高、帶正電荷的特點，因此在給水與污水處理方面的作用原理既有架橋吸附作用，又有電荷中和作用。同液體中的懸浮顆粒混凝時間短，形成的絮塊大，沉降速度快，絮塊更密實。沉降的污泥脫水更徹底，無二次污染。
2、用本發明生產的高分子絮凝劑處理的污泥可當復合農家肥使用，不會造成土壤的板結。
3、本發明絮凝劑制備工藝簡單、設備投資小。生產周期短、聚合反應的時間僅是原來的一半，原料易得、生產成本低。
4、本發明絮凝劑與現有的絮凝劑某些技術指標的對比數據
例1取80公斤丙烯酰胺晶體，溶解于盛有920公斤去離子水的1000立升反應釜中。緩慢升溫到50℃，加入40克過硫酸鉀催化劑，在60℃溫度下攪拌使之充分反應，保溫1小時后得到分子量為1000～1200萬的聚丙烯酰胺。
取850公斤上述聚丙烯酰胺，溶解到內盛4000公斤去離子水的反應釜中，攪拌使之完全溶解。待充分溶解后加入5公斤(以99％計)氫氧化鈉調溶液的PH值，使溶液的PH值為8～9。再加入240克過硫酸鉀，然后用氮氣置換反應容器內的空氣，反應容器中氮氣的壓力為2～3kg/cm2。向上述溶液中加入74.4公斤甲醛、控制反應溫度在48～52℃，待甲醛加完后，保溫反應1小時。然后繼續升溫68～72℃加入85公斤二甲胺，并控制反應在該溫度下進行，待二甲胺加完后保溫反應1小時，得到的無色透明膠體即為陽離子型高分子絮凝劑。
例2
取250kg含量為30％的丙烯酰胺水溶液，投加到內盛650kg去離子水的1000立升反應釜中，緩慢升溫到50℃時，加入32.5克過硫酸銨催化劑，在60℃溫度下攪拌，使之充分反應10分鐘以后放料，到內襯塑料袋的塑料桶中，封口使之靜態聚合，既可得到聚丙烯酰胺膠體。
取124公斤上述聚丙烯酰胺，溶解到內盛727.8公斤去離子水的反應釜中，攪拌使之完全溶解。待充分溶解后加入0.8公斤(以99.8％計)氫氧化鈉調溶液的PH值，使溶液的PH值為8～9。再加入100克過硫酸銨，向上述溶液中加入13.6公斤甲醛，控制反應溫度在48～52℃，待甲醛加完以后保溫反應一小時。然后繼續升溫68～72℃，加入17.2公斤二甲胺，并控制反應在該溫度下進行，待二甲胺加完后保溫反應一小時，得到無色透明陽離子型高分子絮凝劑膠體。
例3重復例2的操作，其中聚丙烯酰胺238公斤，自來水730公斤，氫氧化鉀1公斤，過硫酸鉀100克，甲醛16.6公斤，二甲胺19.2公斤。
例4稱取36公斤非離子型聚丙烯酰胺干粉，用投料器緩慢投加到內盛3000公斤去離子水的5000立升反應釜中，使之充分溶解。待充分溶解后加入2.7公斤氫氧化鉀(以含量99.8％計)用以調節上述溶液的PH值，使溶液的PH值保持在8～9的范圍內。再加入300克過硫酸鈉，然后使反應溶液升溫到48～50℃時，滴加42公斤的甲醛溶液，然后繼續升溫到68～72℃，再加入50公斤的二甲胺，加完后保溫反應1小時，得到無色透明陽離子型高分子絮凝劑。
例5重復例4的操作，其中8％非離子型聚丙烯酰胺750公斤，去離子水2237公斤，氫氧化鈉2.5公斤，過硫酸鈉180克，甲醛50.8公斤，二甲胺60公斤。
例6將含量為8％的丙烯酰胺單體水溶液1000公斤直接用離心泵抽吸到反應釜中，反應溫度在60℃左右時，加入32克的過硫酸鈉，攪拌使之充分反應，10分鐘以后放料到內襯有塑料袋的塑料桶中，封口使之靜態自聚，即得到聚丙烯酰胺膠體。
稱取上述聚丙烯酰胺膠體1230公斤投加到內盛3776.4公斤去離子水的5000立升反應釜中，攪拌使之充分溶解。待溶解充分后加入4.8公斤(以100％計)氫氧化鈉水溶液，調整反應液的PH值在8～9之間。再加入240克過硫酸鈉。然后充入氮氣置換反應釜中的空氣，保持反應釜的壓力在2.3kg/cm2。將反應液升溫到48～52℃，加入74.4公斤的甲醛充分反應1小時后，繼續升溫到68～72℃時，加入85公斤二甲胺，恒溫反應60分鐘后放料，即可得到陽離子型高分子絮凝劑。
注本申請文件所用的百分比均為重量百分比。陽離子聚丙烯酰胺陽離子度測試方法附件1一、儀器及試劑1、分光光度計，帶3cm比色皿；2、電子攪拌器；3、50ml比色管，20支。
4、1000ml容量瓶。
5、鹽酸溶液0.1mol/L。量取0.9ml鹽酸，溶于100ml水、搖均；6、聚乙烯基磺酸鉀陰離子標準溶液約0.0025mol/L。
7、加苯胺藍1％水溶液。稱取1克鉀苯胺藍，溶于水、稀釋100ml。
二、操作步驟1、準確稱取1克(精確至0.0002克)陽離子聚丙稀酰胺粉末，在電磁攪拌器攪拌下溶于100ml蒸餾水，并轉移至1000ml容量瓶中，稀釋至刻度、搖勻。
2、取10支50ml比色管，用移液管分別加入2ml溶液1，鹽酸溶液0.5ml，1％甲苯胺藍溶液0.5ml。然后分別加入0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0ml聚乙烯基磺酸鉀陰離子標準溶液，并用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，靜置5min。于630nm波長下，以蒸餾水作參比，用3cm比色皿分別測量其吸光度。以聚乙烯基碘酸鉀溶液加入體積為橫坐標，以吸光度為縱傳標繪制吸光度曲線。
3、用蒸餾水代替陽離子聚丙烯酰胺溶液，按2步驟作空白實驗。在同坐標系下以聚乙烯基磺酸鉀溶液加入體積為橫坐標，以吸光度為縱坐標繪制吸光度曲線。
三、計算取兩條吸光度曲線平行部分間的任意兩點對應橫坐標上的兩點之差為ΔV，即為共聚陽離子聚丙烯酰胺樣品所消耗的陰離子標準溶液的體積。
以質量百分數表示的陽離子度A按式計算A=C·Δv·207.5m·X·1000×100]]>式中C聚乙烯基磺酸鉀溶液的濃度，mol/L；▲V聚乙烯基磺酸鉀溶液消耗的體積，ml；207.5陽離子聚丙烯酰胺中DMC鏈節的相對分子質量；m被測樣品的質量，g；X樣品的固含量。
權利要求
1.一種陽離子型高分子絮凝劑，其特征在于它是以胺甲基聚丙烯酰胺為主要成份的無色透明膠體。
2.上述陽離子型高分子絮凝劑的制備方法，其特征在于A、反應原料及催化劑間有如下重量比例關系聚丙烯酰胺(含量以100％計)∶甲醛(含量以38％計)∶二甲胺(含量以40％計)∶水∶過硫酸鹽＝0.58～1.17∶0.80～0.9∶1∶46～50∶0.0021～0.003，B、操作步驟如下a、將聚丙烯酰胺加到去離子水中攪拌使之完全溶解，b、加入苛性堿水溶液調整溶液的PH值，使之在8～9之間，c、加入過硫酸鹽催化劑，d、加入甲醛，控制反應溫度在48～52℃，甲醛加完后保溫反應1小時，e、加入二甲胺，控制反應溫度在68～72℃，二甲胺加完后保溫反應1小時。
3.根據權利要求2所述的陽離子型高分子絮凝劑的制備方法，其特征在于上述的聚丙烯酰胺是采用下述方法制備的，即向含量為30％丙烯酰胺單體中加入去離子水，使丙烯酰胺的含量為8～10％，再加入丙烯酰胺重量的2.1×10-4～3×10-4倍的過硫酸鹽催化劑，在60℃溫度下，攪拌反應10～60分鐘。
4.根據權利要求2所述的陽離子型高分子絮凝劑的制備方法，其特征在于用氮氣置換反應容器內的空氣，且氮氣的壓力為2～3kg/cm2。
5.根據權利要求2所述的陽離子型高分子絮凝劑的制備方法，其特征在于所用的水為去離子水。
全文摘要
一種陽離子型高分子絮凝劑,它是以胺甲基聚丙烯酰胺為主成分的無色透明膠體,它是以聚丙烯酰胺、甲醛、二甲胺、去離子水為原料,以過硫酸鹽為催化劑,將聚丙烯酰胺溶到水中,用苛性堿調pH值在8～9,加入催化劑,加入甲醛,于48～52℃溫度反應1小時,再加入二甲胺,于68～72℃溫度反應1小時。本發明產物同液體中顆粒混凝時間短,形成的絮塊大,沉降速度快,沉降的污泥脫水徹底,無二次污染。
文檔編號C08F8/00GK1247838SQ9811432
公開日2000年3月22日 申請日期1998年9月17日 優先權日1998年9月17日
發明者呂廣明, 仲劍初, 孫晶 申請人:呂廣明, 仲劍初, 孫晶