[发明专利]煤气化黑水处理用阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法

说明书

本发明提供了一种阳离子聚丙烯酰胺的制备方法，在丙烯酰胺和阳离子单体的溶液中，加入金属离子螯合剂、助溶剂，调节反应液的pH=5～6；将控制反应体系温度为10℃～30℃，在通氮气除氧半小时后，加入引发剂；在体系引发聚合达到半流动固体时，补加少量有机偶氮引发剂，聚合1h～2h完成；之后转入50℃水浴中保温1小时后结束反应，得到透明的聚丙烯酰胺胶体；将胶体切割、干燥、粉碎后得到聚丙烯酰胺粉体。本发明的方法采用的反应温度为室温，聚合过程平稳，且引发时间短，生产效率高，产品的分子量高。将制得的聚丙烯酰胺应用于煤气化黑水处理，絮凝速度快、絮凝颗粒大，可有效降低水体的悬浮物和浊度，改善水质。

技术领域

本发明属于煤气化黑水处理领域，尤其是涉及一种用于煤气化黑水处理的高分子量阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备方法。

背景技术

絮凝剂是污水处理过程中一种重要的材料，它起到混凝的作用，使固液分离，除去污水中的悬浮物和胶体颗粒，降低化学需氧量、水体色度、浊度，去除细菌和病毒等，絮凝剂的处理效果会直接影响后续工序的进行，并最终影响出水质量和成本。因此，选择和制备合适的絮凝剂十分重要。

聚丙烯酰胺被广泛地用作絮凝剂，应用于污水的絮凝处理。聚丙烯酰胺是一种高分子絮凝剂，其长链的分子结构中含有大量亲固活性基团，比如-COOH、-SO₃H、-NH₃OH等，可以吸附和聚集悬浮和胶体颗粒。阳离子型聚丙烯酰胺的结构中除了含有上述基团外，还含有带正电的阳离子基，可以与污水中带负电性的颗粒产生静电吸引力，完成吸附聚集的作用。

目前，阳离子聚丙烯酰胺的合成方法主要有三种：一是在非离子型聚丙烯酰胺的均聚物或共聚物中加入阳离子化试剂，使其阳离子化；二是用阳离子型的单体与丙烯酰胺进行共聚，直接得到阳离子型聚丙烯酰胺；三是对天然高分子-丙烯酰胺的共聚物进行阳离子化。其中第二种采用阳离子单体与丙烯酰胺的共聚法是工业化常用方法。比如闫泽等（阳离子聚丙烯酰胺 P(AM-DMC)的合成、表征及应用研究，长安大学硕士学位论文，2013年，闫泽）以丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为原料，过硫酸钾为引发剂，通过自由基水溶液共聚法制备阳离子型聚丙烯酰胺，将其应用于造纸厂造纸废水的处理，具有较好的效果，但是聚合产物的分子量为1.72×10⁶ g/mol，在一些水质条件较恶劣的污水中可能分子量难以满足要求。曹建萍等（阳离子型聚丙烯酰胺类絮凝剂的合成及性能研究，北京化工大学硕士学位论文，2011年，曹建萍）以丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵和玉米淀粉为原料，采用复合引发剂，通过水溶液聚合法制备了阳离子聚丙烯酰胺及淀粉接枝阳离子聚丙烯酰胺两种絮凝剂，阳离子丙烯酰胺的聚合温度55℃，在最佳工艺条件下，所得阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的分子量为2.5×10⁶ g/mol，该聚合制备方法的引发温度较高，产品的相对分子量依然有限。

目前阳离子型聚丙烯酰胺的制备方法中存在的问题包括：分子量不够高，或者分子量高但是水溶性较差，不溶物多，以及聚合反应需要添加的助剂较多等。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种较为简便易行的阳离子型聚丙烯酰胺的制备方法，具有引发时间短，聚合过程平稳，生产效率高，产品的分子量高的优点。该方法制得的聚丙烯酰胺产品特别适用于煤气化黑水的絮凝处理，可以明显降低水体的悬浮物和浊度。

本发明的阳离子聚丙烯酰胺的制备方法包括以下步骤：

步骤一、在带循环冷却水夹套的开口反应器中加入丙烯酰胺、阳离子单体、金属离子螯合剂、助溶剂、水，开启机械搅拌混合均匀，转速为200rpm～300rpm，调节pH=5～6，在夹套中通入循环冷却水将反应器内物料混合物温度控制在10℃～30℃；其中，各物料的质量比为：丙烯酰胺︰阳离子单体︰金属离子螯合剂︰助溶剂︰水=100︰11～42︰0.05～0.1︰0.5～1︰317～392；

步骤二、向反应液内吹氮气30min～40min；