一种复合型聚丙烯酰胺的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种复合型聚丙烯酰胺的制备方法，还提供了由所述制备方法制得的复合型聚丙烯酰胺及其作为污水处理剂的用途。本发明专利技术提供的制备方法创新性地在阳离子型聚丙烯酰胺的聚合过程中引入了天然高分子改性的壳聚糖季铵盐，由此形成了一元体系的复合型聚丙烯酰胺，阳离子型聚丙烯酰胺和壳聚糖季铵盐通过协同作用实现更高效的水处理效率，因而特别适用于污水和污泥的处理。此外，由于天然高分子的使用，在同等的处理效果之下，降低了对石油路线的依赖，更加符合低碳环保的要求。本发明专利技术提供的复合型聚丙烯酰胺性能优异，制备方法简便，无需高昂成本，因而具有广阔的应用前景。因而具有广阔的应用前景。因而具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种复合型聚丙烯酰胺的制备方法


[0001]本专利技术涉及聚丙烯酰胺领域，具体涉及一种复合型聚丙烯酰胺的制备方法、由此制得的复合型聚丙烯酰胺及其作为污水处理剂的用途。

技术介绍

[0002]聚丙烯酰胺类聚合物具有水溶性好、分子量高、对水溶液中的粒子容易产生架桥絮凝作用等优点，因而被广泛应用于污水处理和污泥处理，其作为一种常用的水处理剂得到了大量的研究。聚丙烯酰胺类聚合物分为阳离子型、阴离子型和非离子型，其中，阳离子型聚丙烯酰胺主要用于处理含有表面带负电荷的粒子的污水和污泥，如市政污泥等。然而，聚丙烯酰胺的单体丙烯酰胺是由丙烯腈转化而来，而丙烯腈来源于石油路线，在石油资源日益紧张的今天，对石油路线的高度依赖不利于产品的广泛应用，无法满足低碳环保的要求。
[0003]壳聚糖是一种来源于甲壳素的天然高分子，在自然界中产量仅次于纤维素，通过改性得到的壳聚糖季铵盐是一种优异的水溶性高分子，由于其具有较好的阳离子吸附性和可生物降解性，因而得到了广泛的关注，在纸张处理、纺织印染处理、环保水处理等方面均得到了广泛的应用。但是，由于壳聚糖是刚性环状链结构，因此絮凝和架桥能力较聚丙烯酰胺弱，无法充分满足高效的现场应用要求。

技术实现思路

[0004]为了解决单一的阳离子型聚丙烯酰胺产品在应用方面的不足，本专利技术的目的是提供一种复合型聚丙烯酰胺的制备方法，通过在阳离子型聚丙烯酰胺的聚合过程中引入天然高分子物质壳聚糖季铵盐，由此可形成一种絮凝性能更好、水处理效率更高且更加绿色环保的复合体系，特别适用于污泥和污水的处理。
[0005]本专利技术提供的复合型聚丙烯酰胺的制备方法包括以下步骤：S1：按重量份计，将5～20份壳聚糖季铵盐溶于50～70份水中形成溶液；S2：将30～60份丙烯酰胺、20～50份阳离子单体、0.0025～0.01份乙二胺四乙酸四钠以及0.0001～0.0003份有机酸加入至步骤S1制得的溶液中配制成聚合液，并调节pH值为4～6之间；S3：在惰性气体保护下，控制步骤S2制得的聚合液的温度在0～5℃，加入氧化剂和还原剂进行聚合反应，聚合过程中控制所述聚合液的温度不超过20℃；以及S4：所述聚合反应结束后，保温2～4小时，取出所得胶体，造粒并烘干粉碎。
[0006]本专利技术提供的制备方法制得的复合型聚丙烯酰胺包括阳离子型聚丙烯酰胺和壳聚糖季铵盐。阳离子型聚丙烯酰胺通过与带有负电荷的胶体粒子相互静电吸附，同时在粒子之间进行架桥，进而引导粒子聚并絮凝沉降，但是由于聚丙烯酰胺是柔性链，因此容易在个别粒子的局部表面吸附过多，进而影响其与其他粒子吸附架桥的能力。壳聚糖季铵盐来源于刚性链的壳聚糖，可以有效地在与带有负电荷的粒子相互吸附的同时，保持分子链不
塌缩，进而更有效地实现架桥。但是，壳聚糖季铵盐分子量远小与聚丙烯酰胺的分子量，因此絮凝架桥能力有限。本专利技术的专利技术人研究发现，二者的复配可以起到非常好的协同增效作用，同时，刚性链的壳聚糖可以赋予体系较好的抗剪切能力，降低体系在溶解和溶液配制过程中的粘度损失。此外，在同等的处理效果之下，天然高分子体系的引入也减少了阳离子型聚丙烯酰胺的用量，由此降低了水处理体系对石油路线的依赖，更加符合低碳环保的要求，还能明显降低经济成本。
[0007]本专利技术提供的制备方法中，壳聚糖季铵盐在阳离子型聚丙烯酰胺聚合前和丙烯酰胺等单体一同加入反应体系中，与聚丙烯酰胺形成一元复合体系。本专利技术的专利技术人还发现，两种聚合物混合复配形成的二元体系与本专利技术所述的一元体系相比效果明显较差，推测可能的原因是：壳聚糖季铵盐在丙烯酰胺聚合前即存在于反应体系的聚合溶液中，因此分子链舒展并容易与聚合后的产物形成相互作用稳定的分子链缠结构型。而聚合后进行复配的二元体系，由于两种分子均为大分子，分子通过链段运动至稳定的分子链缠结构型较为困难，无法充分体现协同增效的结果，因此应用性能的差异较为明显。在将两个具有增粘能力的聚合物溶液混合时，往往均匀混合较为困难，尤其是对像聚丙烯酰胺这样具有超高分子量的聚合物而言。
[0008]本专利技术提供的制备方法中，通过控制聚合温度，还能避免壳聚糖季铵盐与丙烯酰胺类共聚单体发生自由基聚合而进行接枝，接枝的出现容易引起交联物的形成，进而可能使得到的聚合物不溶，由此造成聚合物性能的下降。本专利技术提供的制备方法得到的复合型聚丙烯酰胺中，壳聚糖季铵盐基本不参与阳离子型聚丙烯酰胺的形成。
[0009]本专利技术提供的制备方法中，所述壳聚糖季铵盐可以为常见的任意种类。在一些优选的实施方式中，所述壳聚糖季铵盐的取代度为92～98%，水不溶物为0.8～1.2wt%，干燥失重为8～12wt%，灼烧残渣为0.8～1.2wt%。
[0010]本专利技术提供的制备方法中，所述阳离子单体可以为制备阳离子型聚丙烯酰胺产品时所使用的常见任意种类。在一些优选的实施方式中，所述阳离子单体选自二甲基乙基烯丙基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种或多种。
[0011]本专利技术提供的制备方法中，所述有机酸选自甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸中的一种或多种。
[0012]本专利技术提供的制备方法中，所述步骤S3中的氧化剂选自溴酸钾，其用量按重量份计为0.00001～0.000025份。
[0013]本专利技术提供的制备方法中，所述步骤S3中的还原剂选自焦亚硫酸钠，其用量按重量份计为0.00001～0.000025份。
[0014]本专利技术提供的制备方法中，所述聚合反应的反应时间可以为8～12小时。
[0015]本专利技术还提供了一种复合型聚丙烯酰胺，其通过前述技术方案任一项所述的制备方法制得。
[0016]本专利技术提供的复合型聚丙烯酰胺为粒子或粉状聚合物产物，固含量大于89%。
[0017]本专利技术提供的复合型聚丙烯酰胺的粘均分子量为1000～3000万。在一些优选的实施方式中，所述复合型聚丙烯酰胺的粘均分子量为1000～2000万。在一些更优选的实施方式中，所述复合型聚丙烯酰胺的粘均分子量为1750～1900万。
[0018]本专利技术还提供了上述技术方案任一项所述的复合型聚丙烯酰胺作为水处理剂的
用途。
[0019]在一些优选的实施方式中，所述水处理剂为用于市政污泥和污水的水处理剂。
[0020]与普通的阳离子型聚丙烯酰胺产品相比，本专利技术提供的复合型聚丙烯酰胺能够减少聚丙烯酰胺的用量，成本低且更加环保，而且还能达到更高的絮凝效率。举例而言，本专利技术所述的复合型聚丙烯酰胺作为水处理剂处理含水96%的市政污泥时，泥饼含水率小于55%，污泥脱水率大于93%，其浓度为0.2%的聚合物母液在2000转/分的高剪切下剪切5分钟后，粘度保留率大于90%。
[0021]本专利技术提供的制备方法创新性地在阳离子型聚丙烯酰胺的聚合过程中引入了天然高分子改性的壳聚糖季铵盐，由此形成了一元体系的复合型聚丙烯酰胺。刚性的壳聚糖季铵盐的引入减缓了柔性聚丙烯酰胺链在胶体粒子表面的塌缩，改善了架桥絮凝效果，强化了在水处理过程中对胶体粒子的吸附团聚和沉降的能力，而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合型聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：按重量份计，将5～20份壳聚糖季铵盐溶于50～70份水中形成溶液；S2：将30～60份丙烯酰胺、20～50份阳离子单体、0.0025～0.01份乙二胺四乙酸四钠以及0.0001～0.0003份有机酸加入至步骤S1制得的溶液中配制成聚合液，并调节pH值为4～6之间；S3：在惰性气体保护下，控制步骤S2制得的聚合液的温度在0～5℃，加入氧化剂和还原剂进行聚合反应，聚合过程中控制所述聚合液的温度不超过20℃；以及S4：所述聚合反应结束后，保温2～4小时，取出所得胶体，造粒并烘干粉碎。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖季铵盐的取代度为92～98%，水不溶物为0.8～1.2wt%，干燥失重为8～12wt%，灼烧残渣为0.8～1.2w...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖博文，王引成，毛彦科，许志军，牛富贵，牛爱连，
申请(专利权)人：河南博源新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：