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红矿选矿


%!!% 年 $ 月

王香梅等 3 阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂的开发与应用



阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂的开发与应用 !
王香梅
(华北工学院化工系, 太原 !"!!#$)





(太原市环境科学研究设计院, 太原 !&

quot;!!!") 摘 要 阳离子型聚丙烯酰胺具有许多优点, 极具开发研究价值, 是重要的高分子絮

凝剂。介绍了阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法、 应用及其絮凝作用机理, 并分析了 其发展方向。 关键词 阳离子型聚丙烯酰胺 制备 应用 絮凝

阳离子型絮凝剂的研制开发出 +! 年代以来, 现了明显的增长趋势, 日本、 美国、 英国、 法国等国 目前在废水处理中都大量使用了阳离子型絮凝 剂, 尤其是近几年, 日、 美等国阳离子型絮凝剂已 占合成絮凝剂总量的 ,!- , 且每年仍以 $!- 以上
〔$, %〕 。这是因为现代化工业的发展和 的速度增长

剂两大类。它们的区别在于阳离子性是否与废水 含质子化氮的絮凝剂应用时应 中的 12 值有关: 考虑废水中的 12 值对其影响; 而含四价氮基团 的絮凝剂与废水中的 12 值无关。 阳离子型 )/( 絮凝剂在非离子型 )/( 均聚 物 (或 )/( 共聚物) 中加阳离子化试剂, 也可以由 阳离子型单体与 /( 共聚制得。其制备方法概括 起来可分为三大类。 !3! 非离子型聚丙烯酰胺的阳离子改性 阳离子型聚丙烯酰胺合成通常是通过羟甲基 或曼尼期 ( (455678) 反应在聚丙烯酰胺上引入胺 类分子, 分叔胺型和季铵型阳离子型聚丙烯酰胺。 早在 $’#, 年 9786:;< 等就用甲醛和二甲胺与 )/( 反应, 研制出叔胺型改性 )/(; 日本专利用次氯 酸钠和 )/( 进行曼尼期反应, 然后再与二胺试剂 反应, 也制得叔胺型改性 )/(; );==>5 ?3 /3 等利用 羟甲基二甲胺和硫酸二甲酯与 )/( 反应, 研制出 季铵盐型改性 )/(。我国也进行了这方面的研
〔*〕 究, 如臧庆达等 用甲醛和双氰胺与 )/( 反应研 制出脲盐酸型改性 )/(, 并用于处理染料废水; 〔#〕 李卓美 用二氰二胺对聚丙烯酰胺进行改性, 获

现代化生活水平的提高使排水中有机物质含量大 大提高。对于这些含有机物或胶体的水体系, 由 于其微粒表面带负电荷, 致使非离子型或阴离子 型高分子絮凝剂用于这类废水处理不能获得满意 的处理效果, 而使用阳离子高分子絮凝剂时, 它可 以与水中微粒起电荷中和及吸附架桥作用, 从而 使体系中的微粒脱稳、 絮凝而有助于沉降和过滤 脱水, 产生极好的絮凝净化作用。因此, 阳离子型 絮凝剂的研究和使用最受关注。 国外在已开发应用的阳离子型絮凝剂中, 阳 絮凝剂占重要的地位。 离子型聚丙烯酰胺 (.)/() 我国水处理剂总量的 " 0 * 是絮凝剂, 其中聚丙烯
〔"〕 酰胺 ( )/() 占絮凝剂的一半 。因此, 聚丙烯酰

胺阳离子化是我国发展阳离子型絮凝剂的重要方
〔%〕 向 。

得了一种新型阳离子型聚丙烯酰胺 ( )/((@) , 它 对印染废水中的活性艳红 A B "" 有良好的脱色
收稿日期: %!!$&$$&%!。 作者简介: 王香梅, 讲师, 硕士, $’’$ 年毕业于华北工学院 化工系, 现从事高分子合成改性教学科研工作, 发表论文 $! 余篇。 (()%!!!*$*) 。 ! 山西省青年基金项目

!

阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂的制备 据报道, 有含硫、 磷、 氮的阳离子高分子絮凝

剂, 但有实际应用价值的几乎是含氮阳离子絮凝 剂。含氮阳离子絮凝剂可分为含一、 二、 三价氮原

万方数据 子的质子化絮凝剂和含四价氮 (季铵) 基团的絮凝

’(

精 细 石 油 化 工 进 展 *,:*;-<$ =; >=;< .<?@8-4<+=-*A$

第6卷第’期

〔#〕 絮凝作用, 其净化效果可达 !!" ; 杨旭 等用甲 醛和二甲胺在一定条件下与聚丙烯酰胺反应, 生

〔’’〕 一定的进展 。它与均聚丙烯酰胺相比, 具有絮

凝能力强、 分子链稳定性好、 适应范围广、 阳离子
〔’5〕 化反应更容易进行等特点。藩松汉等 用木薯

成叔胺型阳离子聚丙烯酰胺, 然后再进一步与硫 酸二甲酯反应, 生成季铵型阳离子型聚丙烯酰胺 ($% & ’(’) , 但用此方法制备的阳离子型聚丙烯 酰胺有毒性。 !)" 丙烯酰胺单体与阳离子单体共聚合 丙烯酰胺与乙烯类阳离子单体共聚合可得到 阳离子型聚丙烯酰胺。较常见的阳离子单体是季 铵或叔胺化的胺基酯或烷胺基酰胺。 丙烯 酰 胺 ( *+ ) 和二甲基二烯丙基氯化铵 (,+,**-) 共聚合制得的季铵化阳离子高分子絮 凝剂是季铵化阳离子型聚丙烯酰胺中最重要的一 种。因为 ,+,**- 均聚物 ( .,*,+*) 及其共聚物 具有正电荷密度高、 水溶性好、 相对分子质量易于 控制、 高效无毒、 造价低廉等优点。因此, 广泛应 用于污水处理、 生活用水处理等方面 才
〔0〕 〔/〕

淀粉为原料, 采用两步法合成的阳离子接枝型淀 粉聚丙烯酰胺絮凝剂对洗煤废水进行处理, 对洗 煤废水的絮凝沉降速度和上层清液的透过率都比
〔’6〕 均聚丙烯酰胺好。赵彦生等 采用一步法合成

的阳离子接枝型淀粉聚丙烯酰胺絮凝剂对山西毛 纺厂印染废水进行处理, 对印染废水的絮凝沉降 速度和上层清液的透过率都比非离子型聚丙烯酰
〔’7〕 胺和阳离子型聚丙烯酰胺好。杨通在等 合成

的阳离子接枝型淀粉聚丙烯酰胺絮凝剂对印染、 酿酒、 屠宰和印刷电路板等行业轻工废水处理, 具 有投量少、 产污泥量少、 处理效率高等特点。李琼
〔’2〕 等 合成的阳离子接枝型淀粉聚丙烯酰胺絮凝

剂对广州某表面活性剂厂的生产废水处理, 具有 产生的絮凝体沉降速度快、 适用的 34 值范围宽、 化学需氧量 ( -8,) 去除率高等特点。 " 阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂的絮凝作用机理 阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂分子链中既含阳 离子链节, 又含柔性好的丙烯酰胺链节。当阳离 子型聚丙烯酰胺絮凝剂处理含胶体颗粒带正电荷 的废水时, 吸附在胶体表面上的是柔性好的丙烯 酰胺链节。丙烯酰胺链节不是全部都与胶体表面 接触, 而是很多链节伸展到悬浮液的液相中。被 吸附在胶体表面上的高分子链节段为链串, 伸展 到液相中的高分子链节称为链环, 高分子的尾端 称为链端, 伸展到溶液中的链环和链端形成胶体 颗粒间的桥。由于一个高分子链有很多个链串与 颗粒间的桥, 当高分子链中吸附的胶体颗粒多时, 使胶体絮凝而发生沉降, 即 “架桥作用” 。当阳离 子型聚丙烯酰胺絮凝剂处理含胶体颗粒带负电荷 的废水时, 阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂中的阳离 子与废水中的带阴离子的胶体颗粒进行电荷中和 作用, 降低!电位, 压缩扩散层。当 !电位降低到 接近零时, 胶体粒子被凝聚。同时, 阳离子型聚丙 烯酰胺的长链产生架桥效应, 使胶体絮凝。其他 悬浮的颗粒也被吸附、 包卷和捕集, 并相互集结形 成大的絮体, 即 “中和与架桥作用” 。其沉降性好,
〔’# 9 ’0〕 脱色力强 。由于废水中的有机物或胶体的

。如吴全

用反相乳液聚合法制备的 *+ 1 ,+,**- 阳 离子絮凝剂处理辽阳化工废水、 辽阳织染废水和 辽阳造纸废水, 处理后的废水已达到回用水的要 求, 污泥脱水的沉降速度优于日本水溶液聚合的 高分子阳离子絮凝剂。肖遥等
〔!〕

用水溶液聚合法

制备的 *+ 1 ,+,**- 阳离子絮凝剂处理江汉石 油化工厂隔油后的污水、 采油污水、 钻井污水, 结 果表明, 其使用效果比使用阳离子絮凝剂 0(* & 2’、 + & .*+ 好。 王雅琼等
〔’(〕

用丙烯酰胺 ( *+) 和甲基丙烯酸

胺基乙酯 (,+) 共聚合制得的阳离子高分子絮凝 剂, 并对造纸厂中段白水进行了絮凝沉降试验。 试验表明, 其最佳用量、 沉降速度、 絮凝后的透光 率随聚合物的相对分子质量、 投加量及水体系 34 值等因素的改变而改变, 相对分子质量增大可增 加吸附架桥作用, 使微粒增大而有利于絮凝沉降。 该阳离子絮凝剂在酸性条件下的絮凝效果比在碱 性条件下好。 !)# 天然高分子 $ 丙烯酰胺接枝共聚阳离子化 天然高分子物质具有相对分子质量分布广、 活性基团多、 结构多样化等特点, 且其来源广、 价 廉、 可再生、 无毒, 所以这类絮凝剂的开发潜力较 大。改性阳离子淀粉衍生物、 木质素衍生物、 甲壳 素衍生物等, 尤其是近几年来淀粉 & 聚丙烯酰胺

万方数据 接枝共聚物的研究日益引起人们的关注, 并取得

微粒表面带负电荷, 因此, 阳离子型聚丙烯酰胺絮

$""$ 年 ! 月

王香梅等 0 阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂的开发与应用

!!

凝剂处理效果好。 由于废水水质变化十分复杂, 组成千差万别, 电荷性各不相同, 处理效果也不尽相同。因此, 实 际应用中应先了解废水水质, 然后在此基础上选 择合适的阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂, 发挥絮凝 剂的电荷中和作用与吸附架桥作用。其处理废水 的效果与其相对分子质量、 阳离子度、 加入量、 搅
〔!", !#, $"〕 拌时间等因素有关 。

力, 以满足复杂水质情况下多种水质要求的需要, 使其在水处理中得到更广泛的应用。 参考文献
杞 永 亮 0 我 国 絮 凝 剂 发 展 的 现 状 与 对 策 0 现 代 化 工, ! 肖锦, (!$) : !##+, / 彭辉, 肖锦 0 天然高分子改性阳离子型絮凝剂的开发与 $ 尹华, 应用 0 工业水处理, (.) : !##,, !-% % 宋照斌, 宋启煌 1 高分子表面活性剂水处理剂领域 “挑大梁” 0 中国化工报, $""", !": 2

!

阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂的发展趋势 絮凝剂作为精细化工产品中的一个重要门

李 卓 美 0 聚 丙 烯 酰 胺 的 改 性 和 表 征 0 高 分 子 学 报, 2 臧庆 达, (2) : !##%, 2+, - 2,% (2) : . 李卓美 0 一种新型阳离子聚丙烯酰胺 0 广州化工, !##., /" - /% / + 杨旭, 赵立志 0 阳离 子絮 凝 剂 的研 制 0 重 庆 环 境科 学, !##., :!+ - !# (.) 34(5 678(5, 9: ’; 0 <=>?4@78;8A B8C@9?C84( D4;=E9?C 4F B8’;G ;=;>8E9:7=; HEE4(8IE J7;4?8>9 ’(> HA?=;’E8>9 F4? :79 J;’?8F8A’:84( 4F B?8(K8(5 D?4A9CC 3’:9?C0 L6 /"!##"2 0 $""" , # !" !! !$ !% !2 !. !/ !+ !, !# 吴全才 0 DBH 阳离子型絮凝剂合成及应用的研究 0 工业水处 (.) : 理, !##+, 2" - 2$ 肖遥, 邓皓, 陈尚冰 0 有机高分子絮凝剂合成及应用 0 工业水 处理,!##2, (%) : !+ - !# 王雅琼, 陈秉铨, 赵丽君等 0 阳离子絮凝剂的制备及絮凝性 能 0 水处理技术,!##2, (.) : $#2 - $#+ J’8 9: ’; 0 M9:74> F4? M’(IF’A:I?8(5 &?’F:9> D4;=’A?=;’E8>9 N;4AAIG ;’(: 4F J’:84(8A O HE@74;=:8A P4(C0 L6 .##"$!/ 0 !### 藩松汉 0 精细化工,!##!, (%) :!$ - !. 赵彦生, 李万捷, 沈敬之等 0 淀粉 ) 丙烯酰胺接枝共聚物的 合成及其性能 0 水处理技术, (/) : !##2, $#2 - $#+ 杨通在, 刘亦农, 杨君 0 阳离子型改性高分子絮凝剂对轻工 废水的处理 0 工业水处理, (%) : !##,, $+ - $# 李琼, 肖锦, 肖晶 0 接枝共聚型天然高分子絮凝剂的性能及 (2) : 应用研究 0 工业水处理, !##+, $+ - $# (!,) : 6’(>9;; Q 6,QI(’? D0 !"#$ %&&’ ("’)*+$ ,-. 0 !#+2, $+". $+!! B8::9? 3 R, 9: ’; 0 S79 TFF9A: 4F D4;=E9?C 4( B8C@9?C84( D?4@9?:89C0 Q4(>4(: HA’>9E8A D?9CC0 !#,$ M’;;4(,9: ’; 0 J’:84(8A 3’:9? ) 64;IU;9 D4;=E9? D?9A8@8:’:84( 8( 6’;: 64;I:84(C0 L6 /"!%+", 0 $""" Q’(59? 6 R,V;I:9 W,<’7( < <0 M9A7’(8CEC 4F N;4A N4?E’:84( 8( 6;I>59 J4(>8:84(8(5 X8:7 D4;=E9?C0 /01+$ ,-. 023 4+-5 ,!##2, (,) : !$# - !%, $" 蒋家乾 0 聚电解质的絮凝作用和使用特性研究 0 水处理技 术, (%) : !##" $2, - $.% $! &’(Y8>4IC: <,9: ’; 0 TFF9A: 4F 6=(:79:8A ’(> Z’:I?’; J4’5I;’(: 4( Q85(8( W9E4[’; F?4E DI;@ ’(> D’@9? 3’C:9X’:9? 0 /01+$ ,-.+2-+ 023 (%.) : $#! - $#/ 4+-52"’"6) ,!##+

类, 国内外都在开发价廉、 无 (或低) 毒、 无污染、 一 剂多效的产品上下功夫。在探索絮凝机理的基础 上, 开发新型高效多功能的高分子絮凝剂及兼具 絮凝、 缓蚀、 杀菌等多种功能的合成高分子水处理 剂, 如季铵盐型阳离子絮凝剂等一剂多效的水处 理剂。此外, 还要充分利用淀粉、 木质素及虾、 蟹 壳等天然高分子资源丰富的优势, 开发出更多高 效、 无毒、 价廉的天然高分子改性阳离子型絮凝 剂
〔%〕

。 国外已开发出多种兼具絮凝、 缓蚀、 阻垢、 杀

菌等多功能的水处理剂, 其中开发多功能阳离子 型聚丙烯酰胺絮凝剂是其发展方向之一。如 &’( 〔$!〕 等 合成了季铵盐类丙烯酰胺 ) 天然高分子壳 聚糖及絮凝剂, 它们对造纸黑液中木质素 (色度和 总有机碳) 的去除效果分别达到 #"* 和 +"* 。国 内对絮凝、 缓蚀等多功能水处理剂研究始于 ," 年 代中期。华南理工大学对阳离子型丙烯酰胺 ) 天
〔$$ - $.〕 然高分子絮凝剂进行了系统研究 , 研制了

一系列油田污水净化处理用具有絮凝 ) 缓蚀功能 的水处理剂。另外, 近年来国内进行了季铵盐型 聚丙烯酰胺共聚物合成方法的探索
〔,, $/〕



目前, 我国阳离子高分子絮凝剂品种单一, 除 了聚丙烯酰胺的曼尼期反应产生的阳离子絮凝剂 外, 能真正工业化并具有工业潜力的水溶性阳离 子高分子絮凝剂几乎没有。而曼尼期反应产生的 阳离子絮凝剂由于毒性问题, 不能用于水处理。 因此, 我国应致力开发无 (或低) 毒的丙烯酰胺与 阳离子化单体共聚合物絮凝剂、 天然高分子 ) 丙 烯酰胺接枝共聚合阳离子化的聚合物絮凝剂; 开 发具有多功能的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂, 使其

万方数据 而且还具有其他水质处理能 不仅具有絮凝功能,

(下转第 !. 页)

1441 年 F 月

殷树青等 A S$ G KKF $"T1 基 <1 $ 焚烧催化剂的研制

F2

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11 肖锦, 尹华 A 油田用絮凝 G 缓蚀剂的制备方法 A HI JK F4L4FM A FKJK 肖锦 A 絮凝 G 缓蚀剂 HNH G 51 的应用性能研究 A 工业 1L 尹华, (1) : 水处理, FKK3, F1 O FM 邱学青, 肖锦等 A 絮凝 G 缓蚀 G 阻垢剂 )NB G 51 在 13 杨东杰, 12 ,2) : 循环冷却水处理中的应用研究 A 工业水处理, FKKL( F1 O F2 李永刚, 肖锦 A 多功能水处理剂在絮体、 金属及垢表面上的成 膜研究 A 水处理技术, (F) : FKK1, 21 O 2P 哈润华 A 二烯丙基二甲基氯化铵 G 丙烯酰胺反相乳 1M 候斯健, 液聚合的动力学特征研究 A 高分子学报, (L) : FKK2, L3K O L23

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长碳链尼龙 /2/2 在郑州研制成功
我国五大工程塑料中唯一拥有自主知识产权的尼龙品种, 长碳链尼龙 F1F1 近日在郑州研制成功, 从而结束了我国长期依赖进口的局面。 据了解, 尼龙 F1F1 是把石油副产品轻蜡经微生物发酵后得到的十二碳二元酸为原料, 具有成本低、 性能优的特点。该尼龙与人们日常生活非常密切, 像人们购买的高档西装就有尼龙 F1F1 热熔胶, 西装 手感会更加柔软, 质地更光滑挺括。据悉, 尼龙 F1F1 的规模化生产已被列为国家 “高科技产业化示范工 程项目” , 并被列入国家的 “十五” 发展规划。

万方数据

摘自 “中国化工网”


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