公布日：2023.12.29
申请日：2023.11.01
分类号：C02F11/147(2019.01)I
摘要
本发明涉及絮凝剂技术领域，公开了一种污泥处理用聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备工艺；本发明制备的污泥处理用聚丙烯酰胺絮凝剂包括以下原料：水、改性淀粉、预聚物、溴乙烷；预聚物包括丙烯酸丁酯、水、十二烷基硫酸钠、丙烯酰胺、N，N-亚甲基双丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯、改性二氧化硅、过硫酸铵、亚硫酸氢钠；改性二氧化硅包括乙烯基三乙氧基硅烷改性的纳米二氧化硅；改性淀粉包括玉米淀粉、N,N'-(1,2-乙烷二基)双天冬氨酸、海藻酸钠、水、硫酸钠、三氯氧磷；制得的污泥处理用聚丙烯酰胺絮凝剂为高分子量的超支化结构，絮凝效果好。
权利要求书
1.一种污泥处理用聚丙烯酰胺絮凝剂的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：取水、改性淀粉、聚丙烯酰胺预聚物，搅拌均匀，升温反应，降温，缓慢滴加溴乙烷，搅拌反应，过滤取固体、洗涤、干燥，得污泥处理用聚丙烯酰胺絮凝剂。
2.根据权利要求1所述的一种污泥处理用聚丙烯酰胺絮凝剂的制备工艺，其特征在于：所述污泥处理用聚丙烯酰胺絮凝剂包括以下原料，按质量份数计：50～60份水、2～5份改性淀粉、5～10份聚丙烯酰胺预聚物、4～8份溴乙烷。
3.根据权利要求1所述的一种污泥处理用聚丙烯酰胺絮凝剂的制备工艺，其特征在于：所述改性淀粉的制备包括以下步骤：取玉米淀粉、改性剂、水、硫酸钠，调pH＝9～10，搅拌并滴加三氯氧磷，30～40℃搅拌1～2h，调pH＝5.5～6，离心取沉淀、洗涤、烘干、研细，过100目筛，得改性淀粉。
4.根据权利要求3所述的一种污泥处理用聚丙烯酰胺絮凝剂的制备工艺，其特征在于：所述改性淀粉包括以下原料，按质量份数计：10～20份玉米淀粉、2～8份改性剂、30～40份水、0.5～1.5份硫酸钠、0.05～0.15份三氯氧磷。
5.根据权利要求4所述的一种污泥处理用聚丙烯酰胺絮凝剂的制备工艺，其特征在于：所述改性剂与玉米淀粉的质量比为5:1～5:2；所述改性剂包括N,N'-(1,2-乙烷二基)双天冬氨酸、海藻酸钠，两者质量比为1:1。
6.根据权利要求1所述的一种污泥处理用聚丙烯酰胺絮凝剂的制备工艺，其特征在于：所述聚丙烯酰胺预聚物的制备包括以下步骤：氮气氛围下，取丙烯酸丁酯、水、十二烷基硫酸钠，搅拌至乳化完全，加入丙烯酰胺、交联剂、水，搅拌溶解，加入甲基丙烯酸缩水甘油酯、改性二氧化硅，搅拌均匀，升温至50～60℃，加入引发剂，搅拌反应6～7h，乙醇提纯三次，得到白色产物，加水溶解，透析72h，冷冻干燥，得聚丙烯酰胺预聚物。
7.根据权利要求6所述的一种污泥处理用聚丙烯酰胺絮凝剂的制备工艺，其特征在于：所述聚丙烯酰胺预聚物包括以下原料，按质量份数计：5～10份丙烯酸丁酯、160～240份水、0.05～0.1份十二烷基硫酸钠、100～120份丙烯酰胺、0.05～0.2份交联剂、1～2份甲基丙烯酸缩水甘油酯、0.5～2份改性二氧化硅、3～6份引发剂。
8.根据权利要求6所述的一种污泥处理用聚丙烯酰胺絮凝剂的制备工艺，其特征在于：所述改性二氧化硅的制备包括以下步骤：取二氧化硅、乙醇、水，超声搅拌30～40min，加入乙烯基三乙氧基硅烷，60～70℃冷凝回流6～7h，离心、洗涤、烘干，得改性二氧化硅。
9.根据权利要求8所述的一种污泥处理用聚丙烯酰胺絮凝剂的制备工艺，其特征在于：所述改性二氧化硅包括以下原料：2～5份二氧化硅、200～300份乙醇、100～200份水、0.5～2份乙烯基三乙氧基硅烷。
10.根据权利要求1～9中任意一项所述的一种污泥处理用聚丙烯酰胺絮凝剂的制备工艺得到的污泥处理用聚丙烯酰胺絮凝剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种污泥处理用聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种污泥处理用聚丙烯酰胺絮凝剂的制备工艺：包括以下步骤：取水、改性淀粉、聚丙烯酰胺预聚物，搅拌均匀，升温反应，降温，缓慢滴加溴乙烷，搅拌反应，过滤取固体、洗涤、干燥，得污泥处理用聚丙烯酰胺絮凝剂。
较为优化地，所述污泥处理用聚丙烯酰胺絮凝剂包括以下原料，按质量份数计：50～60份水、2～5份改性淀粉、5～10份聚丙烯酰胺预聚物、4～8份溴乙烷。
较为优化地，所述改性淀粉的制备包括以下步骤：取玉米淀粉、改性剂、水、硫酸钠，调pH＝9～10，搅拌并滴加三氯氧磷，30～40℃搅拌1～2h，调pH＝5.5～6，离心取沉淀、洗涤、烘干、研细，过100目筛，得改性淀粉。
较为优化地，所述改性淀粉包括以下原料，按质量份数计：10～20份玉米淀粉、2～8份改性剂、30～40份水、0.5～1.5份硫酸钠、0.05～0.15份三氯氧磷。
较为优化地，所述改性剂与玉米淀粉的质量比为5:1～5:2；所述改性剂包括N,N'-(1,2-乙烷二基)双天冬氨酸、海藻酸钠，两者质量比为1:1。
较为优化地，所述聚丙烯酰胺预聚物的制备包括以下步骤：氮气氛围下，取丙烯酸丁酯、水、十二烷基硫酸钠，搅拌至乳化完全，加入丙烯酰胺、交联剂、水，搅拌溶解，加入甲基丙烯酸缩水甘油酯、改性二氧化硅，搅拌均匀，升温至50～60℃，加入引发剂，搅拌反应6～7h，乙醇提纯三次，得到白色产物，加水溶解，透析72h，冷冻干燥，得聚丙烯酰胺预聚物。
较为优化地，所述聚丙烯酰胺预聚物包括以下原料，按质量份数计：5～10份丙烯酸丁酯、160～240份水、0.05～0.1份十二烷基硫酸钠、100～120份丙烯酰胺、0.05～0.2份交联剂、1～2份甲基丙烯酸缩水甘油酯、0.5～2份改性二氧化硅、3～6份引发剂。
较为优化地，所述交联剂包括N，N-亚甲基双丙烯酰胺。
较为优化地，所述引发剂包括但不限于过硫酸铵、亚硫酸氢钠。
较为优化地，所述改性二氧化硅的制备包括以下步骤：取二氧化硅、乙醇、水，超声搅拌30～40min，加入乙烯基三乙氧基硅烷，60～70℃冷凝回流6～7h，离心、洗涤、烘干，得改性二氧化硅。
较为优化地，所述改性二氧化硅包括以下原料：2～5份二氧化硅、200～300份乙醇、100～200份水、0.5～2份乙烯基三乙氧基硅烷。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：(1)以改性淀粉为基体，制备一种污泥处理用聚丙烯酰胺絮凝剂。淀粉由直链淀粉大分子和支链结构淀粉大分子组成，含有许多游离的羟基，水溶性好、环境友好、易降解、成本低，淀粉基絮凝剂通过电中和、吸附架桥、网捕卷扫、疏水缔合完成絮凝过程，絮凝效果好。本发明将淀粉进行改性后使用，以N,N'-(1,2-乙烷二基)双天冬氨酸、海藻酸钠为改性剂，两者均为绿色可降解的改性剂，在提升淀粉络合能力与吸附能力的同时还能改善淀粉在冷水中溶解性差的问题。控制N,N'-(1,2-乙烷二基)双天冬氨酸、海藻酸钠的质量比为1:1，N,N'-(1,2-乙烷二基)双天冬氨酸络合效果好但价格较高，加入海藻酸钠部分替代降低成本，海藻酸钠对于重金属离子和阳离子染料絮凝效果好，但海藻酸钠不宜加入过多，加入过多会导致絮凝剂粘度增大，不利于分散；两者总加入量与玉米淀粉的质量比为5:1～5:2，制得络合能力好且仍存在羟基官能团可以参与后续反应的改性淀粉。
(2)以丙烯酸丁酯、丙烯酰胺、N，N-亚甲基双丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯、改性二氧化硅制得聚丙烯酰胺预聚物；丙烯酸丁酯含有疏水性酯基，成本较低，可改善聚丙烯酰胺预聚物柔软度不够、在水溶液中的分散性不足的问题；N，N-亚甲基双丙烯酰胺促进多支链的结构的形成，有助于增强絮凝效果；改性二氧化硅填料加入后可以增加絮凝剂的表面积，提供更多的吸附位置，加速絮凝过程；甲基丙烯酸缩水甘油酯提供环氧基团，可在后续步骤中与改性淀粉接枝。
(3)本发明引入N，N-亚甲基双丙烯酰胺做交联剂、引入改性二氧化硅填料增加无机交联位点、引入改性淀粉作为基体与聚丙烯酰胺预聚物反应得到超支化结构，并在得到超支化结构后再添加溴乙烷引入阳离子，阳离子基团的高极性会对分子量控制产生不利影响，由此制得超支化结构高分子量聚丙烯酰胺絮凝剂，絮凝性能好。
（发明人：庄贤军;张虎寅;孙世良;肖杰）