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应条件的确定。
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:AStudy of new polyacrylamide flocculantsTAN Zheng-de,LONG You-qian,W ANG Bi-lian,LI Xie-cheng(Chemical Dept.,Hunan Inst.of Engineerin g,Xiangtan411101,China)Abstract:New polyacrylamide flocculants were developed which include a zinc group composite flocculant anda modified polyacrylamide flocculan t.Preparation and componen ts of the flocculants mentioned above were described,reacti on conditions for preparation were op timized as well.The effect of flocculating p H value and ad dition amount on flocculation results was ex empli fied.The results show that the flocculants have strengths such as low cost,easy preparation,non-toxic,pollution free and good flocculation results.Keywords:polyacrylamide;flocculant;zinc group;modify1 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较严重,当含铝量高于0 2~0 5mg/L时,可使鱼致死;土壤中的铝过多,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受到限制,某些国家和地区已经禁止使用铝系絮凝剂处理饮用水。
另外,铝系絮凝剂(尤其是聚合铝)制作工艺要求严格(反应温度、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,且处理过程难以控制,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,且产品贮存性差,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、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,因而具有良好的水溶性。
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,贮存稳定长久,有效成分可任意调节,应用面宽,能自然降解。
2 实验部分2 1 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p H试纸(7.2-10.5)精密试纸ZnCl2(AR)ZnSO4(AR)Na2SO4(AR)Na H C O3(C P)HCl36%H2SO4(A R)95%~98% Na OH(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∃2 2 絮凝剂的制备2 2 1 多功能复合锌系絮凝剂先将一定比例的水加温至50~80%,然后缓慢加少量聚丙烯酰胺,边加边搅伴,形成均匀溶液后,加入稳定剂,使其溶解完全。
另一种加入部分水溶解一定量无机酸化剂,再加入无机锌盐,搅匀,然后将两液合并。
搅匀,即成产品[1]。
2 2 2 胺甲基化改性聚丙烯酰胺絮凝剂先将一定量的水加热至40~60%,搅拌情况下,加入一定量的聚丙烯酰胺,使其溶解均匀,加入少量的NaO H,反应一定时间。
于另一烧杯中,加入一定量48%二甲胺或二乙胺,滴加一定量37%的甲醛溶液,反应3min左右。
将其反应产物慢慢加入聚丙烯酰胺溶液中,反应一定时间之后,加入助剂,制成产品。
2 3 实验实例2 3 1 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& 0 01%,稳定剂TW∀0 01%,水&75 98%。
制作工艺:先将3%的水加温到50%,接着慢慢加入聚丙烯酰胺,边加边搅拌,待其全溶后,再加入TW∀并使其全溶。
然后将盐酸加入其余的72 98%的水中搅匀,再加入ZnCl2搅匀,最后将二液合并,搅匀即可。
例2:ZnSO4(95%)&30%,硫酸(95~98%)& 3 5%,聚丙烯酰胺(分子量∋500万)非离子型:0 5%,稳定剂TW∀0 05%,水& 65 95%。
制作工艺:先将10%的水加温到65%,接着加入聚丙烯酰胺,边加边搅拌,待其全溶后,再加入TW∀并使其全溶,然后将硫酸加入剩余的55 9%的水中搅匀,再加入Zn SO4搅匀即可。
2 3 2 胺甲基化改性聚丙烯酰胺絮凝剂例3 先将180mL H2O加热到70%,接着慢慢加入聚丙烯酰胺1 5g使其溶解完全,加入30%Na OH1 2mL,搅匀反应1h。
预先把TW2混合反应40min以上,并将其冷却至50%,加入反应体系,反应2h。
反应后加入NH4HCO32g和5滴OP-10。
例4 将120m L水加热至60%,加入聚丙烯酰胺1g,使其溶解完全,加入30% NaOH2mL,搅匀,降温至40%,加入TW3混合反应物,反应24h,再加入13mL硫酸二甲酯。
2 4 产品性能检验2 4 1 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:C OD含量:25 2m g/LpH值:6~7颜色:灰黑色2 4 2 化学耗氧量(COD)的测定利用高锰酸钾滴定法进行测定。
2 43 絮凝性能测定2 43 1 锌系复合絮凝剂在不同的pH值下,按不同剂量加入一定量的废水中,待其絮凝,倾出上层清液,过滤,滤液测其COD值及吸光度。
2 43 2 阴离子/两性聚丙烯酰胺絮凝剂将产品溶于一定量的水中,水溶液按不同剂量在不同的pH值下加入一定量的废水中,待其絮凝后倾出清液,过滤,滤液测其COD值及吸光度。
2 43 3 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3 1 成分与配比此处用水为工业用水,用量随试剂加入不同而变;3 1 1 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0 02%~0 05%,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0 05%~0 5%;胺甲基化阳离子两性改性聚丙烯胺絮凝。
3 1 2 改性聚丙烯酰胺絮凝剂聚丙烯酰胺:氢氧化钠=1&0 05~0 5 (质量比),TW#=1 0助剂为:水溶性无机盐或非离子表面活性剂,加入量为0 1%~ 5%。
水溶性无机盐包括钾、钠、铵的硫酸盐等;非离子表面活性剂包括聚氧乙烯烷基醚,聚乙二醇型非离子表面活性剂及多乙醇型非离子表面活性剂及其等同物。
3 2 反应条件的确定3 2 1 反应pH值的确定对于锌系复合絮凝剂,反应需在强酸性条件下(pH=1~3)进行,因而反应体系中需加入无机盐酸化剂[2],对于胺甲基化改性聚丙烯酰胺絮凝剂,反应pH∋10,由于水解时加入NaOH,且二胺的pK b=3 23,所以体系pH值由Na OH及二胺本身控制。
不需加其它缓冲剂调节。
3 2 2 反应温度的确定对于锌系复合絮凝剂,聚丙烯酰胺溶解温度为30~70%,其余常温;对于阳离子/两性聚丙烯酰胺絮凝剂,聚丙烯酰胺溶解温度为30~70%,水解温度30~95%;甲醛与二胺反应温度为常温,阳离子化反应为30~70%。
3 2 3 反应时间的确定对于锌系复合絮凝剂,反应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,水解反应为0 5~24h,烷基氨基甲醇制备为0 2h,阳离子反应为0 4~ 24h。
3 3 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。
3 4 添加剂的作用3 4 1 [1]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。
3 4 2 稳定剂的作用对聚丙烯酰胺水溶液起陈化、降解作用。
3 4 3 水溶性无机盐或非离子表面活性剂的作用使产品粘度下降,流动性好,反应过程易于控制,产品溶解性好。
3 5 絮凝pH值及絮凝剂投加量的确定3 5 1 絮凝pH值的确定在不同pH值下,使用相同剂量的絮凝剂,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p H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p H值为9 5左右表2 例2产品不同pH值对废水的絮凝效果p H值COD去除率(%)除色率(%)7.58.212.58.010.917.38.512.525.79.021.532.09.538.639.510.042.342.010.537.938.2其最佳絮凝p H值为10 0左右表3 例3产品不同pH值对废水的絮凝效果p H值COD去除率(%)除色率(%)7.0 6.510.26.010.217.35.025.621.54.037.238.63.045.347.32.039.038.61.033.234.2其最佳絮凝p H值为3 0左右表4 例4产品不同p H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p H值为4 0左右3 5 2 絮凝剂投加量的确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。