阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的研制

阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的研制王琳(天津塘沽海洋高新技术开发区，天津300451)摘要：采用自由基溶液聚合合成聚丙烯酰胺干粉絮凝剂，通过单体配比、引发剂用量等工艺条件的控制，生产出符合需求的水处理剂产品。关键词：阳离子聚丙烯酰胺干粉；絮凝剂;配方絮凝技术是目前国内外普遍用来提高水质处理效率的一种既经济又简便的水处理技术，其关键问题之一是絮凝剂的选择。针对我塘沽开发区水质及水处理情况，我们对水处理剂一聚丙烯酰胺絮凝剂做了研究分析，采用共聚法制备了阳离子聚丙烯酰胺干粉絮凝剂。1絮凝剂的质量指标阳离子聚丙烯酰胺干粉为阳离子单体和丙烯酰胺单体的共聚物，是水处理中的高分子絮凝剂之一,国内外品种很多,其质量指标为：外观是白色或黄白色结晶粉末、固含量≥90．O％、溶解性≤4h、黏度(1％溶液)为15000-20000mPa·S。2絮凝剂的制备原理【1】共聚阳离子聚丙烯酰胺干粉采用中浓度和高浓度自由基溶液聚合法制备。该法是在丙烯酰胺单体及共聚阳离子单体的水溶液中加入引发剂，在适宜的温度下进行自由基聚合反应而得到的产品。在聚合过程中单体浓度、引发剂的种类和浓度、温度等均影响聚合物相对分子质量。因为阻聚剂中含有Fe，和氧，所以反应装置不能用铁制品且在聚合过程中需充氮加以保护。3实验药品与仪器3．1实验药品丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵(DMC一80)、丙烯酰乙基三甲基氯化铵(SMC-80H)、偶氮咪基丙烷盐酸盐(V-5O)、过硫酸钾(K2S208)、雕白块(NaHSO2·CH20、·2H20)。3．2实验仪器电热恒温水浴锅、反应瓶、温度计、氮气钢瓶、粉碎机。4实验步骤4．1配方的设计各物质用量为：AM=100x50％x50％=25g、DMC=AM／78％=25／0．78=32g、SMC的用量为在阳离子单体总量不变的情况下与DMC按比率调整。V一5O用量为10mg、K2S2O8用量约为1mg、NaHSO2·CH2O·2H2O用量约为1mg、水用量约为43g。4．2配方的选择(见表1)4．3实验工艺共聚法制备聚丙烯酰胺干粉絮凝剂的工艺流程为：DMC、SMC、AM、引发剂一共聚一造粒一干燥一粉碎一产品4．4合成方法将称量好的单体DMC、SMC、AM和无离子水溶解均匀后投入到带有温度计的反应瓶中，通人氮气保持15min而后加入引发剂水溶液，升温至47℃保温，在一定反应温度下维持正常反应4．5h，然后降温。将凝胶状的物料造粒、干燥、粉碎即得产品。5实验结果与讨论本实验重点探论了单体配比、引发剂用量等对产品质量及产品絮凝效果的影响。5．1合成条件对产品理化性能的影响通过实验可知，温度过高会导致分子中自由基链终止几率大，聚合度下降；而且由于两种单体AM／DMC和AM／SMC结构不同，其黏度不同，反应获得的聚合物分子量也存在差别。因此两种单体AM／DMC和AM／SMC配比不同对产品物化性能将产生不同的影响。引发剂用量的大小对产品理化性能将产生不同的影响。通过实验我们可以看出，引发剂用量越大，其共聚物聚合热释放速度越快，反应最大温度就越高，聚合度自然会下降。5．2不同配方对产品絮凝效果的影响我们通过调整产品配方合成一系列聚合物，并针对污水情况进行絮凝效果比较，考察了AM／DMC和AM／SMC两类产品在使用性能方面的特点时发现：含有SMC单体的聚合物絮凝效果优于AM／DMC型聚合物。主要原因是絮凝剂的絮凝性能依靠吸附架桥和电中和作用，前者取决于聚合分子链长短，分子链长者易生成大而实的絮凝物，而后者聚合物药剂提供电荷与污水电荷相反。因此分子链较长的聚合物比含有DMC的聚合物有明显的絮凝优势。6结论6．1在一定反应条件下，含有SMC单体的共聚物产品具有黏度较大相对分子质量大的特点。6．2影响阳离子共聚物产品生产因素最主要的是引发剂用量和单体种类配比。6．3我们研制的聚丙烯酰胺干粉絮凝剂的生产工艺简单易行。通过应用取得了较好的效果，并达到国家优质产品的标准。6．4聚丙烯酰胺干粉絮凝研制的成功，改善了塘沽开发区整体工业用水质量，使废水排放达到环保要求，取得了一定的经济效益。膦基聚羧酸与其他水处理剂的协同效应研究摘要：利用水处理剂复配体系之间的协同效应，可以提高现有水处理剂的使用效率。对次膦酸基聚丙烯酸(PCA)分别与HEDP和PAA复配后的阻垢及缓蚀性能试验结果表明，将60％的PCA与40％的HEDP、以及将80％的PCA与20％的HEDP分别复配后，在阻碳酸钙与阻硫酸钙垢作用方面均具有协同效应，将PCA与PAA复配后，在阻碳酸钙与硫酸钙垢作用方面不存在协同效应。任意质量分数的PCA与HEDP复配后均具有缓蚀协同效应，PCA与PAA复配后不存在缓蚀协同效应。关键词：水处理剂；复配体系；膦基聚羧酸；阻垢性能；缓蚀性能；协同效应0引言在水处理剂总量不变的情况下，配伍合适的两种或两种以上水处理剂同时使用，其效果比单独使用同样浓度的其中任何一种水处理剂好得多，这就是水处理剂之间的协同效应(synergistiCeffect)。利用协同效应，可望提高现有水处理剂的使用效率，从这个意义上讲，它是与开发新型高效水处理剂同样重要的一个研究课题。目前，关于水处理剂阻垢协同效应的研究报导尚有分歧。一些文献[1、2]，明确列举了水处理剂的阻垢协同效应，充分肯定了它的实用价值，Matty对这种协同效应则提出异议。Matty考察了几种多元水处理剂在达到同样的刚好完全抑制碳酸钙成核的效果时，其各自组成成份之间的质量比，结果表明水处理剂之间在阻垢作用方面不存在协同效应。而根据相关报导，大多数水处理剂在与其它合适的水处理剂复配后在缓蚀作用方面都有明显的协同效应。目前，关于膦基聚羧酸与其它水处理剂之间协同效应的研究已经有了一些报导。本文以次膦酸基聚丙烯酸(PCA)为例，对其分别与羟基亚乙基二膦酸(HEDP)、聚丙烯酸(PAA)复配后的体系进行阻垢与缓蚀性能研究，并对协同效应的机理进行探讨。1试验阻垢性能研究按照SY／T5673—93标准“油田用防垢剂性能评定方法”。阻碳酸钙垢性能研究试验条件：Ca2+浓度为1653．1mg／L，HC03-浓度为2668．8mg／L，pH为8．0，水温为70℃，测试时间为25h；阻硫酸钙垢性能研究试验条件：Ca2+浓度为1510．2mg／L，SO42-浓度为3380．3mg／L，pH为7．0，水温为70℃，测试时间为25h。缓蚀性能研究按照SY5273—91标准“油田注水缓蚀剂的评价方法”。缓蚀性能研究试验条件：Ca2+浓度为200．0mg／L，Mg2+浓度为48．1mg／L，Na+浓度为304．7mg／L，HC03-浓度为122．0mg／L，SO42-浓度为192．4mg／L，C1-浓度为754．3mg／L，pH为7．0，水温为50℃，测试时间为72h。2结果与讨论2．1PCA与HEDP阻垢性能试验2．1．1PCA与HEDP阻碳酸钙垢分别对PCA与HEDP单一体系及总量为lOmg／L的复配体系进行阻碳酸钙性能研究，结果见图1。从图l可以看出，6mg／L的PCA与4mg／L的HEDP、8mg／L的PEA与2mg／L的HEDP分别复配后，对碳酸钙的阻垢率均优于同等条件下PCA与HEDP单一体系对碳酸钙的阻垢率。这说明6O％的PCA与4O％的HEDP、80％的PCA与20％的HEDP分别复配后，在阻碳酸钙垢作用方面均有协同效应。2．1．2PeA与HEDP阻硫酸钙垢分别对PCA与HEDP单一体系及总量为10mg／L的复配体系进行阻硫酸钙垢性能研究，结果见图2。从图2可以看出，6mg／L的PCA与4mg／L的HEDP、8mg／L的PCA与2mg／L的HEDP分别复配后，对硫酸钙的阻垢率均优于同等条件下PCA与HEDP单一体系对硫酸钙的阻垢率。这说明6O％的PCA与4O％的HEDP、80％的PCA与2O％的HEDP分别复配后，在阻硫酸钙垢作用方面均有协同效应。2．2PCA与PAA阻垢性能试验2．2．1PeA与PAA阻碳酸钙垢分别对PCA与PAA单一体系及总量为10mg／L的复配体系进行阻碳酸钙垢性能研究，结果见图3。从图3可以看出，PCA与PAA复配体系对碳酸钙的阻垢率优于同等条件下PAA单一体系对碳酸钙的阻垢率，但低于同等条件下PCA单一体系对碳酸钙的阻垢率。这说明PCA与PAA复配后，在阻碳酸钙垢作用方面不存在协同效应。2．2．2PeA与Phh阻硫酸钙垢分别对PCA与PAA单一体系及总量为10mg／L的复配体系进行阻硫酸钙垢性能研究，结果见图4。从图4可以看出，PCA与PAA复配体系对硫酸钙的阻垢率优于同等条件下PAA单一体系对硫酸钙的阻垢率，但低于同等条件下PCA单一体系对硫酸钙的阻垢率。这说明PCA与PAA复配后，在阻硫酸钙垢作用方面不存在协同效应。2．3PEA与ttEDP缓蚀性能试验分别对PCA与HEDP单一体系及总量为30mg／L的复配体系进行缓蚀性能研究，结果见图5。从图5可以看出，任意质量分数的PCA与HEDP复配后的缓蚀率均大于同等条件下PCA与HEDP单一体系的缓蚀率。这说明任意质量分数的PCA与HEDP复配后均具有缓蚀协同效应。2．4PCA与PAA缓蚀性能试验分别对PCA与PAA单一体系及总量为30mg／L的复配体系进行缓蚀性能研究，结果见图6。从图6可以看出，PCA与PAA复配体系的缓蚀率优于同等条件下PAA单一体系的缓蚀率，但低于同等条件下PCA单一体系的缓蚀率。这说明PCA与PAA复配后不存在缓蚀协同效应。3协同效应的机制根据上述试验结果，对PCA分别与HEDP、PAA复配后的阻垢与缓蚀作用机理进行探讨。PCA中的=PO(OH)官能团与PAA中的-COOH官能团的阻垢作用均主要表现为分散作用，以分散颗粒较大的晶体阻碍其向传热面沉积为主，故两者复配后在阻垢作用方面不存在协同效应。而HEDP中-PO(OH)官能团的阻垢作用主要表现为对成垢金属离子具有优良的螯合能力以及对晶面的吸附作用较强，因此PCA与HEDP复配后不仅能有效地控制晶体生长，而且能有效地分散颗粒较大的晶体，阻碍其向传热面沉积，也就是说两者复配后在阻垢作用方面能产生协同效应。PCA是一种吸附膜型缓蚀剂，其中的=PO(OH)官能团不仅具有较好的缓蚀能力，而且有较强的抑制点蚀的能力，且其在金属表面形成的缓蚀膜对金属的附着性好。HEDP是一种沉淀膜型缓蚀剂，其中-PO(OH)官能团也有较好的缓蚀能力，但其在金属表面形成的缓蚀膜对金属的附着性不好。PCA与HEDP复配体系综合了两种类型缓蚀剂的优点，克服了HEDP形成的缓蚀膜对金属附着不好的缺点，产生了缓蚀协同效应，具有较好的缓蚀效果。此外，PCA与HEDP复配体系降低了价格偏高的PCA的用量，从一定程度上降低了水处理的成本。而P从在缓蚀性能方面与PCA的作用机理相似，都是通过亲水基团吸附在金属表面而亲油基团朝向腐蚀环境，形成一层膜，将腐蚀环境和金属隔开，从而避免或减小金属受到的腐蚀。因此，PCA与PAA复配后不存在缓蚀协同效应。4结论◆60％的PCA与40％的HEDP、80％的PCA与20％的HEDP分别复配后，在阻碳酸钙与阻硫酸钙垢作用方面均具有协同效应；◆PCA与P从复配后，在阻碳酸钙与硫酸钙垢作用方面不存在协同效应；◆任意质量分数的PCA与HEDP复配后均具有缓蚀协同效应；◆PCA与P从复配后不存在缓蚀协同效应。饮用水消毒液氯必将被二氧化氯所取代【简介】二氧化氯是目前国际公认的一种高效，低毒，快速，广谱的第四代新型灭菌消毒剂。是联合国世界卫生组织确认的安全、高效、无毒新型强氧化杀菌消毒剂。二氧化氯迟早要全部替代传统的液氯，美国环境保护署和食品药物管理局批准，广泛应用于食品保鲜、加工，饮用水的消毒、杀菌、除臭等，然而目前在我国大量使用的氯气和含氯的漂白粉消毒剂，在杀菌的同时，又带来游离氯对各种有机物的氯化作用，产生氯酚、三氯甲烷、二恶英等致癌物，危害人类的健康。二氧化氯的优势引起人们的足够重视，新建水厂已开始直接选用二氧化氯发生器取代加氯机，一些存在氯消毒问题老水厂也在考虑用二氧化氯替代氯气进行改造，今后饮用水消毒液氯必将