申请日2018.03.15
公开(公告)日2018.08.24
IPC分类号C08F220/56; C08F226/02; C08F2/48; C08F4/30; C02F11/14; C02F1/56
摘要
本发明公开了一种阳离子聚丙烯酰胺水处理剂的合成方法，包括如下步骤：(1)将丙烯酰胺单体和阳离子单体配制成混合水溶液，所述混合水溶液中，丙烯酰胺单体和阳离子单体的总质量分数为25~35%，阳离子单体与丙烯酰胺单体质量比为1~2:5;(2)向所述混合水溶液中加入尿素和H2O2，并调节混合水溶液pH为4~6后，将所述混合水溶液于氮气保护下，通过紫外光/H2O2引发进行聚合反应;(3)聚合反应结束后，反应物经静置熟化，即得到所述的阳离子聚丙烯酰胺水处理剂。本发明制备的阳离子聚丙烯酰胺分子量高，引发剂廉价易得，引发聚合时间短，加入的助剂种类少，无需进行温度控制，节能环保高效，生产成本低。
权利要求书
1.一种阳离子聚丙烯酰胺水处理剂的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将丙烯酰胺单体和阳离子单体配制成混合水溶液，所述混合水溶液中，丙烯酰胺单体和阳离子单体的总质量分数为25~35%，阳离子单体与丙烯酰胺单体质量比为1~2:5;
(2)向所述混合水溶液中加入尿素和H2O2，并调节混合水溶液pH为4~6后，将所述混合水溶液于氮气保护下，通过紫外光/H2O2引发进行聚合反应;
(3)聚合反应结束后，反应物经静置熟化，即得到所述的阳离子聚丙烯酰胺水处理剂。
2.根据权利要求1所述的阳离子聚丙烯酰胺水处理剂的合成方法，其特征在于，所述步骤(2)中H2O2的加入量为两种单体总质量的0.5~1‰。
3.根据权利要求1所述的阳离子聚丙烯酰胺水处理剂的合成方法，其特征在于，步骤(2)中紫外光的引发强度为1800~2000uW/cm3。
4.根据权利要求3所述的阳离子聚丙烯酰胺水处理剂的合成方法，其特征在于，所述紫外光照射时间为25~35min。
5.根据权利要求1所述的阳离子聚丙烯酰胺水 处理剂的合成方法，其特征在于，所述阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵。
6.根据权利要求1所述的阳离子聚丙烯酰胺水处理剂的合成方法，其特征在于，步骤(2)所述的混合水溶液中，尿素的质量分数为0.4~0.8%。
说明书
一种阳离子聚丙烯酰胺水处理剂的合成方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种阳离子聚丙烯酰胺水处理剂的合成方法。
背景技术
聚丙烯酰胺(PAM)是丙烯酰胺及其衍生的均聚物和共聚物的统称，根据分子链上的官能团在水溶液中不同的离解形态，PAM可以分为非离子型(NPAM)、阳离子型(CPAM)、阴离子型(APAM)和两性离子型。由于污水和活性污泥中存在着大量呈负电性的悬浮胶体颗粒，使得CPAM能够更加有效的发挥电中和及吸附架桥作用，故带正电的阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)在絮凝应用方面因其突出的优越性而引起广泛关注。目前，阳离子聚丙烯酰胺广泛用于印染废水、含油废水、造纸废水以及污泥脱水等领域。
在CPAM的制备和生产中，单体共聚法是大规模生产CPAM的有效方法。在单体共聚合法中，引发剂控制聚合的链引发反应，而链引发是影响聚合速率和聚合物分子量的关键一步，故CPAM的性能与聚合引发体系密切相关。因此，阳离子单体和共聚引发体系是影响聚合产物的最关键性因素。常用的阳离子单体有丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵(MAPTAC)。DMDAAC和AM的共聚物P(DMDAAC-AM)是一种线型阳离子高分子聚合物，具有正电荷密度高、单元结构稳定、相对分子质量容易控制、高效无毒、造价低廉等优点。但该类阳离子单体空间位阻大，聚合活性不高，难以获得高分子量的聚合物产品。
紫外光引发聚合是单体在紫外光照射下发生的聚合反应，光引发剂在紫外光的照射下，吸收能量并分解产生自由基，自由基和单体作用发生聚合反应。在CPAM的制备过程中，紫外光作为一种新型的聚合引发方式，在室温下便能够聚合引发，具有反应速度快、易于控制，环保节能等优点，因此，紫外光引发聚合方法备受研究者们的关注。其中，引发剂类型的选择直接关系到聚合体系的引发温度及用量，优良的引发剂可在较低温度下分解，分解产生的自由基数量可得到有效控制。紫外光引发聚合CPAM过程中，常用的引发剂为偶氮类引发剂。偶氮类引发剂对溶剂和杂质不敏感，性质比较稳定，但价格较高。且阳离子聚丙烯酰胺常用的制备技术反应时间较长。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种阳离子聚丙烯酰胺水处理剂的合成方法，解决现有方法难以获得高分子量的阳离子聚丙烯酰胺的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种阳离子聚丙烯酰胺水处理剂的合成方法，包括如下步骤：
(1)将丙烯酰胺单体和阳离子单体配制成混合水溶液，所述混合水溶液中，丙烯酰胺单体和阳离子单体的总质量分数为25～35%，阳离子单体与丙烯酰胺单体质量比为1～2:5;
(2)向所述混合水溶液中加入尿素和H2O2，并调节混合水溶液pH为4～6后，将所述混合水溶液于氮气保护下，通过紫外光/H2O2引发进行聚合反应;
(3)聚合反应结束后，反应物经静置熟化，即得到所述的阳离子聚丙烯酰胺水处理剂。
作为优选，所述步骤(2)中H2O2的加入量为两种单体总质量的0.5～1‰。当H2O2浓度较低时，产生的活性自由基较少，单体与活性自由基碰撞的概率较低，导致茏蔽效应，反应中链增长缓慢，聚合反应速率小，致使产物特性粘度不高;而H2O2浓度过高时，反应中会产生过量的活性自由基，使得反应速率过快，此时，聚合物易发生亚胺化交联，链终止速率进一步提高，其特性粘度也因此降低。
作为优选，步骤(2)中紫外光的引发强度为1800～2000uW/cm3。当光照强度较小时，照射激发产生的自由基较少，反应不够充分，产物的特性粘度较低;当光照强度过大时，反应体系中产生大量的活性自由基，聚合反应快速进行，产生的大量反应热不易散发传递，增加了链转移和交联几率，导致产物特性粘度降低。本发明中紫外光的波长可为315～400nm。
作为优选，所述紫外光照射时间为25～35min。较短的光照时间引发产生的活性自由基较少，不足以充分引发单体共聚反应，产物的特性粘度较低。而随着光照时间的增加，反应体系中自由基的数量也随之增加，聚合反应更加充分，产物的特性粘度增大，但当光照时间过度延长时，随着反应的进行，单体不断被消耗，过剩的紫外光辐射能量促使体系发生歧化反应和链转移反应，反而降低了产物的特性粘度。
作为优选，所述阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)。相比于其它单体，DMDAAC正电荷密度高、单元结构稳定、相对分子质量容易控制、高效无毒、造价低廉，且适应范围比较宽。
作为优选，步骤(2)所述的混合水溶液中，尿素的质量分数为0.4～0.8%。尿素作为增溶剂可以改善聚合物的溶解性能，较少的尿素起到辅助还原剂的作用，通过参与氧化还原过程，促进了链增长反应的进行，有助于提高产物的特性粘度;然而过量的尿素会增加链转移反应的概率，阻碍了聚合物链增长过程，使产物的特性粘度降低。
本发明步骤(3)反应结束后，反应物可静置熟化2h。得到的阳离子聚丙烯酰胺水处理剂可用丙酮和无水乙醇进行提纯，提纯后可置于60～70℃的真空干燥箱中干燥，直至恒重。将烘干的产品研磨，可得到白色粉末状的阳离子聚丙烯酰胺水处理剂。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明将紫外光/H2O2联用技术引入阳离子聚丙烯酰胺的聚合制备中，H2O2活化能较高，在紫外光的照射下，克服了DMDAAC作为阳离子单体空间位阻大，聚合活性低、难以获得高分子量的聚合物产品的缺陷，制得的聚合物分子量高，特性黏度高达18.31dL/g，，分子量可达到960万。
(2)本发明以H2O2为引发剂，H2O2相比于其它引发剂价格低廉，聚合时间短，经济高效，降低了生产成本;采用的阳离子单体DMDAAC电荷密度高、高效无毒、造价低廉，可直接购买，生产成本低;而且添加剂较少，生产工艺得以简化，减少了生产成本。
(3)本发明在室温条件下即可引发聚合，不需要对温度进行控制，避免了过高或过低的温度对聚合反应的影响，制备过程简单容易控制，而且反应时间短，15-20min即可发生聚合反应生成胶状聚合物。