一种高分子絮凝剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及絮凝剂相关技术领域，具体为一种高分子絮凝剂及其制备方法。


背景技术：

2.絮凝剂主要应用于给水和污水处理领域。其中阳离子絮凝剂是目前应用较为广泛的水溶性高分子之一，主要应用于工业上的固液分离过程，包括沉降、澄清、浓缩及污泥脱水等工艺，通过其所含的正电荷基团对污泥中带有相反电荷的有机胶体电性中和作用及高分子的架桥吸附作用，促使胶体颗粒凝聚形成块状絮状物，从而使胶体颗粒从悬浮液中分离出来。
3.但现有的多数阳离子絮凝剂的分子结构中均含有酯基，酯基易水解，ph使用范围较窄，不具备普适性。同时单独使用阳离子絮凝剂虽然能够使胶体颗粒粒径增大,颗粒的比表面积减小，但是不会减小污泥的可压缩性。例如，在污泥脱水领域中，通过机械脱水时，在强大的压力下，伸展的分子链会被压缩形成致密的滤饼，堵塞了自由水的排出通道，从而大大降低了污泥脱水的效果。为解决该问题，而用有机物与无机物复配，以无机物作为微观骨架，提高絮状物的强度，为脱出水提供通道，但大量的引入无机物会产生很多的弊端，提高成本，影响后续的污泥资源化。
4.因此，现需一种同时具备较高抗压性能、适用范围广泛的絮凝剂，以满足当前的使用需求。


技术实现要素：

5.为解决现有的技术问题。本发明提供了一种高分子絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：步骤ⅰ.将甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体、甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵单体、苯乙烯、表面活性剂、二乙烯基苯、螯合剂、光引发剂、链转移剂混合溶解于去离子水中，搅拌均匀后，得到溶液a；步骤ⅱ.调节溶液a的ph，对溶液a降温除氧后，在紫外引发设备下，进行两段光照引发聚合，聚合结束后熟化0.5~2h，得到胶体b；步骤ⅲ.将胶体b经造粒、烘干、磨粉、筛分后，即得到所述絮凝剂。
6.优选或可选的，所述步骤ⅱ两段光照引发聚合中，第一段光照引发聚合的紫外光强为0～400μw/cm
²
，第二段光照引发聚合的紫外光强为400~1000μw/cm
²
。
7.优选或可选的，所述第一段光照引发聚合反应的时长为60~90min；所述第二段光照引发聚合反应的时长为60~90min。
8.优选或可选的，所述步骤ⅱ中，调节溶液a的ph至6.0~6.5、温度降至10~20℃。
9.优选或可选的，所述溶液a，按重量分数计，包括：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体42%~58%、甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵单体10%~18%、苯乙烯0.5%~5%，表面活性剂0.2%~0.4%，二乙烯基苯0.03%~0.06%，螯合剂0.02%、光引发剂0.02%~0.08%、链转移剂0.02%
~0.2%，余量为去离子水。
10.优选或可选的，所述链转移剂为甲酸钠、次亚磷酸钠中的一种或多种。
11.优选或可选的，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠，十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。
12.优选或可选的，所述螯合剂为乙二胺四乙酸二钠盐、乙二胺四乙酸四钠盐、丙二胺四乙酸、三乙醇胺中的一种或多种。
13.优选或可选的，所述光引发剂为2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、2-羟基-2-甲基苯丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦中的一种或多种。
[0014]
一种基于上述任一项所述的絮凝剂的制备方法所得到的絮凝剂。
[0015]
有益效果：本发明合成了一种高分子絮凝剂并提供了其制备方法，在制备絮凝剂中以甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵作为聚合高分子链，具有更高的阳离子密度用于电性中和。且甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵具有较高的聚合活性，与苯乙烯、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵聚合后，相比于常规的聚丙烯酰胺阳离子絮凝剂，适用于ph范围更广的水体中。同时，本发明通过苯乙烯与阳离子单体接枝聚合，在二乙烯基苯的交联作用下形成三维结构，在絮凝剂主链内引入刚性的苯环结构作为微观骨架，降低分子链的蜷曲程度，以提高污泥的脱水效果。此外，本发明通过两段不同光强的紫外引发，使单体聚合充分，提高单体转化率，同时辅以聚合前加入的表面活性剂，降低了胶体造粒过程中表面活性剂的用量，共同降低了本絮凝剂的生产成本。
具体实施方式
[0016]
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0017]
下面结合实施例，对本发明作进一步说明，所述的实施例的示例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术和反应条件者，可按照本领域内的文献所描述的技术或条件或产品说明书进行。凡未注明厂商的试剂、仪器或设备，均可通过市售获得。
[0018]
实施例1一种有机阳离子絮凝剂，由以下重量份数的原料制备而成：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体7份、甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵单体3份、苯乙烯0.8份、十二烷基硫酸钠0.07份、二乙烯基苯0.01份、丙二胺四乙酸0.005份、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮0.005份、次亚磷酸纳0.04份，溶解于6.5份去离子水中配置成聚合液。调节聚合液ph至6.0，将通氮除氧后的聚合液送入低氧紫外引发设备，在300μw/cm
²
的光强下引发40min，再调节光强至800 μw/cm
²
引发60min，引发结束后使胶体再自然熟化1h，经过造粒，烘干，磨粉，筛分后制得高分子絮凝剂。
[0019]
实施例2一种有机阳离子絮凝剂，由以下重量份数的原料制备而成：甲基丙烯酰氧乙基三
甲基氯化铵单体7份、甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵单体2份、苯乙烯1份、十二烷基硫酸钠0.09份、二乙烯基苯0.005份、丙二胺四乙酸0.003份、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮0.004份、次亚磷酸纳0.06份，溶解于6.5份去离子水中配置成聚合液。调节聚合液ph至6.0，将通氮除氧后的聚合液送入低氧紫外引发设备，在300μw/cm
²
的光强下引发60min，再调节光强至1000 μw/cm
²
引发60min，引发结束后使胶体再自然熟化1h，经过造粒，烘干，磨粉，筛分后制得高分子絮凝剂。
[0020]
实施例3一种有机阳离子絮凝剂，由以下重量份数的原料制备而成：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体7份、甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵单体2份、苯乙烯0.6份、十二烷基硫酸钠0.06份、二乙烯基苯0.01份、丙二胺四乙酸0.003份、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮0.004份、次亚磷酸纳0.04份，溶解于6.5份去离子水中配置成聚合液。调节聚合液ph至6.0，将通氮除氧后的聚合液送入低氧紫外引发设备，在300μw/cm
²
的光强下引发40min，再调节光强至1000 μw/cm
²
引发60min，引发结束后使胶体再自然熟化1h，经过造粒，烘干，磨粉，筛分后制得高分子絮凝剂。
[0021]
实施例4一种有机阳离子絮凝剂，由以下重量份数的原料制备而成：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体9份、甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵单体1份、苯乙烯0.6份、十二烷基硫酸钠0.06份、二乙烯基苯0.01份、丙二胺四乙酸0.003份、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮0.004份、次亚磷酸纳0.04份，溶解于6.5份去离子水中配置成聚合液。调节聚合液ph至6.2，将通氮除氧后的聚合液送入低氧紫外引发设备，在300μw/cm
²
的光强下引发60min，再调节光强至1000 μw/cm
²
引发60min，引发结束后使胶体再自然熟化1h，经过造粒，烘干，磨粉，筛分后制得高分子絮凝剂。
[0022]
实施例5一种有机阳离子絮凝剂，由以下重量份数的原料制备而成：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体9份、甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵单体1份、苯乙烯0.3份、十二烷基硫酸钠0.06份、二乙烯基苯0.01份、丙二胺四乙酸0.003份、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮0.004份、次亚磷酸纳0.04份，溶解于6.5份去离子水中配置成聚合液。调节聚合液ph至6.2，将通氮除氧后的聚合液送入低氧紫外引发设备，在300μw/cm
²
的光强下引发60min，再调节光强至1000 μw/cm
²
引发60min，引发结束后使胶体再自然熟化1h，经过造粒，烘干，磨粉，筛分后制得高分子絮凝剂。
[0023]
对比例1一种有机阳离子絮凝剂，由以下重量份数的原料制备而成：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体7份、甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵单体3份、十二烷基硫酸钠0.03份、丙二胺四乙酸0.003份、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮0.005份、次亚磷酸纳0.006份，溶解于6.5份去离子水中配置成聚合液。调节聚合液ph至6.2，将通氮除氧后的聚合液送入低氧紫外引发设备，在300μw/cm
²
的光强下引发40min，再调节光强至800 μw/cm
²
引发60min，引发结束后使胶体再自然熟化1h，经过造粒，烘干，磨粉，筛分后制得高分子絮凝剂。
[0024]
对比例2
一种有机阳离子絮凝剂，由以下重量份数的原料制备而成：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体10份，苯乙烯0.8份、十二烷基硫酸钠0.07份、二乙烯基苯0.01份、丙二胺四乙酸0.005份、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮0.005份、次亚磷酸纳0.04份，溶解于6.5份去离子水中配置成聚合液。调节聚合液ph至6.0，将通氮除氧后的聚合液送入低氧紫外引发设备，在400μw/cm
²
的光强下引发40min，再调节光强至1000 μw/cm
²
引发60min，引发结束后使胶体再自然熟化1h，经过造粒，烘干，磨粉，筛分后制得高分子絮凝剂。
[0025]
对比例3一种有机阳离子絮凝剂，由以下重量份数的原料制备而成：丙烯酰胺单体8份，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵2份、三乙醇胺0.003份、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮0.005份，溶解于6.5份去离子水中配置成聚合液。调节聚合液ph至5，将通氮除氧后的聚合液送入低氧紫外引发设备，在1000 μw/cm
²
的光强下引发60min，引发结束后使胶体再自然熟化1h，经过造粒，烘干，磨粉，筛分后制得高分子絮凝剂。
[0026]
性能测试：取实施例1与对比例1~3中制得的高分子絮凝剂，配置成含量为0.2%的絮凝剂水溶液，各取3.75ml；取4份某污水处理厂绝干污泥12g（测得该污泥含水率97.1%，ph为9.5），分别在4份绝干污泥中加入3.75ml高分子絮凝剂，搅拌均匀，设定板框机压滤过程参数为0.5mpa下20min，1.0mpa下20min，2.0mpa下20min，取出泥饼，测量其含水率。测试结果如下表所示：从上表中可以得到，实施例1~5中采用两种阳离子单体与聚苯乙烯进行聚合，其中实施例1所得泥饼脱水率最高；与对比例1中常用的主链含聚丙烯酰胺类的阳离子高分子絮凝剂相比，在ph为9.5的条件下，实施例1脱水效果最佳；对比例1的主链不含刚性聚苯乙烯链段与二乙烯基苯交联结构，对比例2仅采用单种甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体，对比例3为聚丙烯酰胺类的阳离子絮凝剂，其脱水效果显然均不如实施例1。
[0027]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。