一種雙丙酮丙烯酰胺-丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨共聚物及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種雙丙酮丙烯酰胺-丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨共聚物及其制備方法和應用，屬于廢水處理絮凝劑的制備方法領域，解決了現有技術中絮凝劑處理廢水效果不佳及成本高的問題。本方法利用水溶液自由基聚合鏈式反應機理，采用無毒、無味的綠色原料雙丙酮丙烯酰胺和丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨作為反應單體，用過硫酸鉀作引發劑，反應得到雙丙酮丙烯酰胺-丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨共聚物。本方法副反應少，得到的新型絮凝劑產品純度高，反應步驟簡單，工藝周期短，易操作，環境友好，適合工業化大規模生產。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于絮凝劑
，涉及。
技術介紹
在工業廢水處理領域中，處理廢水的絮凝劑有很多，應用廣泛且經濟。包括無機高分子絮凝劑、有機高分子絮凝劑、微生物絮凝劑和復合絮凝劑。隨著全世界環保意識的增強及我國可持續發展戰略的實施，近年來為保證淡水資源的可持續利用，解決不同程度的水環境污染問題，國內外在水處理方面做了大量研究，開發多種廢水處理工藝，如絮凝沉淀法、生化法、吸附法、離子交換法、化學氧化法、電滲析法等。其中絮凝沉淀法應用最廣泛，生產高效低耗，安全無害的絮凝劑是絮凝沉淀法的核心。目前應用較多的是聚丙烯酰胺及其衍生物，陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑因具有酰胺基，易形成氫鍵，有較好的水溶性；相對分子質量高，受溫度、PH值影響小；用量小，絮凝速度快，易處理等優點，研究和應用前景十分廣闊。但是，由于這類絮凝劑具有一定量的殘余單體丙烯酰胺，不可避免的存在毒性，且有一些陽離子單體價格太高，在一定程度上也會限制它的應用。溶液自由基聚合是制備高分子絮凝劑的方法之一，也是生產聚丙烯酰胺歷史最久的方法。該方法簡單、安全且經濟適用，在高分子化學中占有極其重要的地位。是人類開發最早，研究最為透徹的一種聚合反應歷程。該反應分為鏈引發、鏈增長、鏈終止三個基元反應。 鏈引發鏈的開始，主要反應有兩步形成活性中心一游離基，進而游離基引發單體。主要的副反應是氧和雜質與初級游離基或活性單體相互作用使聚合反應受阻。一般需要有引發劑進行引發，常用的引發劑有偶氮引發劑、過氧類引發劑和氧化還原引發劑坐寸ο鏈增長是活性單體反復地和單體分子迅速加成，形成大分子游離基的過程。鏈增長反應能否順利進行，主要決定于單體轉變成的自由基的結構特性、體系中單體的濃度及與活性鏈濃度的比例、雜質含量以及反應溫度等因素。鏈終止主要由兩個自由基的相互作用形成，指活性鏈活性的消失，即自由基的消失而形成了聚合物的穩定分子。終止的主要方式是單基終止和雙基終止。雙基終止是兩個活性鏈自由基的結合和歧化反應的雙基終止，或二者同時存在。當體系粘度過大等不能雙基終止只能單基終止。溶液聚合，單體和引發劑溶于適當溶劑中進行的聚合方法稱作溶液聚合法。溶液聚合反應生成的聚合物溶解在所用的溶劑中為均相聚合，如聚合物不溶于所用溶劑中而沉淀析出，則為非均相聚合又稱沉淀聚合。溶液聚合過程中使用溶劑，使體系粘度降低，因此混合和傳熱較易，溫度容易控制，較少凝膠效應，可以避免局部過熱。有機高分子絮凝劑的絮凝作用是復雜的物理、化學綜合過程。一般分為凝聚和絮凝兩個過程。凝聚過程是脫穩的膠體顆粒的聚集，絮凝是聚集起來的膠體顆粒通過絮凝劑以橋連的方式生成大體積絮狀物的過程。人們提出了許多機理模型，最為普遍的有電中和作用和架橋作用。顆粒間表面發生電中和作用，膠粒表面對不同種電荷離子、膠粒或鏈狀高分子有強烈的吸附作用。高聚物通過靜電引力使分散體系中顆粒間電排斥力降低，彼此接觸組成異號電荷的反應體系。形成較大的絮狀物靠重力作用沉淀下來。高分子絮凝劑因其具有長鏈或分枝狀結構，可與顆粒表面某些部位起化學作用，懸浮顆粒被高分子絮凝劑吸附后，化學基團與顆粒表面發生特殊反應相吸附，高聚物分子的其余部分伸展在溶液中與其他表面有空位的顆粒吸附，這樣就在橋連的作用下懸浮顆粒變得愈來愈大，形成大體積絮狀物沉淀下來。陽離子型聚丙烯酰胺(CPAM)因具有適用pH值范圍廣、受共存鹽影響小，對水中帶有負電荷微粒能起到“電荷中和”及“吸附架橋”作用而有效地絮凝、脫色，并能強化固液分離過程等優點，而廣泛用于石油開采、造紙、冶金、采礦、紡織印染、國防、日用化工、水處理等領域。陽離子聚丙烯酰胺生產廠生產規模小，絕大多數生產能力都在IOOt / a以下，而且產品的相對分子質量通常僅能達到500萬左右，難以滿足工業發展的需求，因而每年需從國外大量進口。據不完全統計，我國每年要從國外進口 6000噸以上高相對分子質量陽離子聚丙烯酰胺(相對分子質量> 1000萬)。70年代以來，日、美、英、法等國家的陽離子型絮凝劑的研發出現了明顯的增長趨勢。在廢水處理中大量使用了陽離子型絮凝劑。近幾年來，日、美等國家陽離子絮凝劑已占合成絮凝劑總量的60%，且每年仍以10%以上的速度增長。 在國外已開發使用的陽離子型高分子絮凝劑中，陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑占重要的地位。在早期，其陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑的主導產品為甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)與丙烯酰胺(AM)的共聚系列產品，而在污水處理廠的污泥脫水設備從帶式壓濾機轉變為以高速離心機、擠壓機等為主的情況下，對絮團的機械強度就有了更高的有求，因而DMC系列的產品已經不能滿足要求。由于丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(AETMAC)與AM的共聚物P (AETMAC-AM)的分子鏈比較柔順、具有彈性，分子鏈上沒有2-甲基，因而親水性比較好。所以，其絮凝后所產生的絮團在擠出多余的水分后仍具有一定的彈性，強度好，絮團擠碎后能重新凝集，能很好的經受機械力的作用完成脫水過程。并且，該類產品以相對分子質量較高、電荷分布均勻等特點優于其它陽離子聚丙烯酰胺共聚物。因此，AETMAC系列產品逐漸代替DMC系列產品成為主導產品。由于陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑殘留單體AM毒性等問題，限制了它在食品加工、給水處理及發酵工業等方面的發展。而最令人擔心的是此類高分子絮凝劑是否會對人體健康產生長期的影響，包括長期毒性、致癌性、致突變性等，尚未有定論。綜上所述，開發更多無毒高效的單體和AETMAC共聚的AETMAC系列陽離子型高分子絮凝劑勢在必行
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供和應用，解決現有的絮凝劑毒性殘留及成本高的問題。本專利技術是通過以下技術方案來實現一種雙丙酮丙烯酰胺-丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨共聚物，其化學結構式如下本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種雙丙酮丙烯酰胺?丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨共聚物，其特征在于，其化學結構式如下：其中m、n為≥2的整數。FDA00002646448700011.jpg

【技術特征摘要】
1.一種雙丙酮丙烯酰胺-丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨共聚物，其特征在于，其化學結構式如下2.一種雙丙酮丙烯酰胺-丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨共聚物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟O向雙丙酮丙烯酰胺溶液中加入引發劑，充分攪拌至完全溶解后，排出溶液中的氧氣;2)在通入保護氣體下，按丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨雙丙酮丙烯酰胺=2 8:1的質量比，將丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨加入到混合液中，繼攪拌續反應，得到雙丙酮丙烯酰胺-丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨共聚物的粗品；3)將雙丙酮丙烯酰胺-丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨共聚物的粗品用無水乙醇溶解；靜置I 2h后，用無水乙醇/丙酮混合溶液進行索氏抽提12 24h，然后烘干，得到雙丙酮丙烯酰胺-丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨共聚物。3.根據權利要求2所述的一種雙丙酮丙烯酰胺-丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨共聚物的制備方法，其特征在于，步驟I)所述引發劑為過硫酸鉀/亞硫酸氫鈉組成的氧化還原體系， 于40 60°C充分攪拌反應20 60min，至完全溶解。4.根據權利要求3所述的一種雙丙酮丙烯酰胺-丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨共聚物的制備方法，其特征在于，所述過硫酸鉀/亞硫酸氫鈉中過硫酸鉀亞硫酸氫鈉的質量比為1. 5 2 :1 ;加入的量為雙丙酮丙烯酰胺...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭睿，喬宇，竇尹辰，王安琪，鄭淑華，白萬喬，張慧月，
申請(專利權)人：陜西科技大學，
類型：發明
國別省市：