[发明专利]聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂及其制备与应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机高分子与有机阳离子高分子聚合物的复合物制备技术，特别是聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂及其制备与应用方法。

背景技术

聚合硫酸铝(Poly Aluminum Sulfate，PAS)是一种应用广泛的无机高分子水处理剂，其结构示性式如下：

Al_n(OH)_m(SO₄)_[(3n-m)/2]                                        (式1)

其中，0＜m＜3n。

作为水处理剂，PAS的优点在于比传统的低分子铝盐，如：硫酸铝、氯化铝等，相对分子质量大，更有效的架桥吸附能力，而且比有机高分子混凝剂的价格低。相对于聚合氯化铝具有水解速度快的特点，主要用于内河河网和湖泊水源水，特别适用于低温低浊有机微污染原水的处理。但是，因受其分子结构和聚合度的限制，在电中和、凝聚架桥和絮凝作用方面，仍处在传统铝盐与有机高分子之间，且其稳定性易受环境影响。因此，在实际应用中，尚存在着投加药剂量稍大，产生的絮团大但是略轻，污泥体积稍大等缺点。

聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)是一种水溶性阳离子聚合物，其正电荷密度高，水溶性好，相对分子质量易于控制，高效无毒。因此，被广泛应用于石油、造纸、采矿、纺织、印染、日用化工多个领域。支链化PDMDAAC分子结构式如下：

式(2)

五元环结构             六元环结构               支链化结构

式(2)中，线状主链由五元环或六元环结构为主要单元组成，即n＞2，其中支链化结构单元m占主链结构主要单元n的1％～3％。R结构如式(3)：

式(3)

式(3)中，x＜n。

作为水处理的助凝剂，PDMDAAC的优点在于它较无机高分子混凝剂，如聚合氯化铝等，相对分子质量高而且可调，产物稳定性好，受环境条件影响小，对水中胶体物质的电中和、吸附架桥能力强，絮凝效果好。但是，单独用作水处理剂时，存在价格高导致的水处理成本高和最佳投药量范围窄的不足。因此，通过无机和有机高分子的水处理剂的配合使用来强化水处理效果，拓宽药剂的使用范围，降低使用成本，提高处理后水质的研究工作早已引起了国内外研究者重视。

已有文献采用市售商品无机混凝剂与含二甲基二烯丙基氯化铵单元的聚合物在使用前配成一定比例的混合物后加入到待处理水中，或处理时按一定比例同时加入到待处理的水中使用，或者在常温或加热条件下将两者先进行混合制备稳定的复合混凝剂。

例如，文献1(Richard Alan Hasse.Charification of water and wastewater.US 6,120,690，2000-9-19)，采用铝盐或铝盐聚合物与高相对分子质量的季化聚合物在水中或废水中混合形成凝聚悬浮物，产生固液分离来净化水，达到脱浊、脱色和除藻效果。其中铝盐包括硫酸铝(AS)和氯化铝(AC)，铝盐聚合物为聚合碱式氯化铝(PAHC)、聚合氯化铝(PAC)和聚合硫酸硅铝(PASS)，铝盐含量以有效份计。聚季盐化物为具有高低两种相对分子质量的季铵盐聚合物二烯丙基二甲基氯化铵(quaternized polymers such as diallyl dimethyl ammonium chlorideDMDAAC)。其中高相对分子质量范围为100万～300万(产品20％含量时的黏度为1000cps)，低相对分子质量范围为5万～100万。这种混合物的使用方法为在将其加入水或废水中前按比例混合后加入或直接在水或废水中按比例混合，来除去水和废水中的悬浮物颗粒。该混合物适用于碱度小于30mg/L或者浊度大于150NTU的原水，与传统的低分子铝盐或者铝盐聚合物单独使用时，或者铝盐及铝盐聚合物与低相对分子量的季铵盐聚合物二甲基二烯丙基氯化铵混合物的使用时的情况相比可以达到减少铝盐用量和提高脱浊和脱色效果的目的。