聚二甲基二烯丙基氯化銨的合成及絮凝性能研究
王任芳, 周珊珊, 李克華 董漢平, 黃連華, 嚴(yán) 忠
(長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院, 湖北荊州434023)

(新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院, 新疆克拉瑪834000)
[ 摘要] 通過(guò)水溶液聚合, 選擇濃度為65 %的二甲基二烯丙基氯化銨為反應(yīng)單體, 過(guò)硫酸銨為引發(fā)劑, 乙二胺四乙酸二鈉為助劑, 合成了絮凝劑聚二甲基二烯丙基氯化銨。通過(guò)正交試驗(yàn)確定了合成的最佳條件并評(píng)價(jià)了合成產(chǎn)品的性能。研究結(jié)果表明, 合成聚二甲基二烯丙基氯化銨各因素的最佳水平依次為反應(yīng)溫度為80 ℃, 過(guò)硫酸銨用量為1.6% , 乙二胺四乙酸二鈉用量為0.12 % , 反應(yīng)時(shí)間為8h , 引發(fā)劑用水量為9ml , 所得到的絮凝劑的除濁率可以達(dá)到94.4 %。并初步討論了合成產(chǎn)品PDMDAAC 與無(wú)機(jī)絮凝劑復(fù)配以及復(fù)合的絮凝效果, 取得較滿意的效果。

[ 關(guān)鍵詞] 絮凝劑; 聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC) ; 污水處理; 剩余濁度; 除濁率
[ 中圖分類號(hào)] O6321 12 [ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [ 文章編號(hào)] 1673 1409 (2006) 03 0044 04
       采用絮凝劑通過(guò)絮凝沉降法處理工業(yè)廢水是目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的一種既經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)便的水質(zhì)處理方法。無(wú)機(jī)高分子絮凝劑是目前全世界廣泛使用的一種絮凝劑, 一般都具有強(qiáng)烈的吸附電中和能力, 但其也存在著分子量相對(duì)較低、在水中的穩(wěn)定性較差、投藥量較高、產(chǎn)生的污泥量較多、在絮凝過(guò)程中實(shí)現(xiàn)顆粒間粘結(jié)架橋的能力有限等缺點(diǎn)。有機(jī)高分子是在各種水處理過(guò)程中經(jīng)常使用的絮凝劑, 作為絮凝劑的有機(jī)高分子一般都具有很大的分子量和線性的長(zhǎng)分子鏈結(jié)構(gòu), 具有很強(qiáng)的顆粒間架橋能力, 但除陽(yáng)離子型有機(jī)高分子外, 陰離子型和非離子型有機(jī)高分子不具有電中和能力。同無(wú)機(jī)絮凝劑相比, 它具有用量少、絮凝速度快、生成污泥量少等優(yōu)點(diǎn)。因此, 研制陽(yáng)離子型有機(jī)高分子絮凝劑、無(wú)機(jī)高分子與有機(jī)高分子的復(fù)合型絮凝劑, 使之既能發(fā)揮無(wú)機(jī)高分子的吸附電中和作用又能發(fā)揮有機(jī)高分子的粘結(jié)架橋作用。
       聚二甲基二烯丙基氯化銨( PDMDAAC) 是一種陽(yáng)離子型有機(jī)高分子絮凝劑, 用于水和廢水處理時(shí)可以同時(shí)發(fā)揮電中和和架橋作用, 用量少, 效率高, 且無(wú)毒副作用, 是一種理想的水處理絮凝劑。筆者就聚二甲基二烯丙基氯化銨的合成及絮凝性能進(jìn)行了研究, 并初步探討了其與無(wú)機(jī)高分子絮凝劑復(fù)配和復(fù)合的絮凝性能。

1 試驗(yàn)部分
11 1 主要試驗(yàn)儀器與試劑
試驗(yàn)儀器: SZD21 型散射光濁度儀, 73122 Ⅰ型電動(dòng)攪拌機(jī), ZR426 型混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)等。
試驗(yàn)試劑: 過(guò)硫酸銨, 氯化鈉, 丙酮, 氫氧化鈉, 鹽酸, 乙二胺四乙酸二鈉, DMDAAC 單體,PAC—YZ , 高純氮?dú)? 去離子水等。
11 2 合成步驟
1) 在裝有冷凝管、電動(dòng)攪拌機(jī)、滴液漏斗和溫度計(jì)的250ml 四口燒瓶中, 加入一定濃度的DMDAAC單體和一定量的助劑。
2) 通氮?dú)?0min , 緩慢升溫至合成溫度。
3) 開動(dòng)攪拌器, 同時(shí)開始滴加一定濃度的引發(fā)劑溶液, 每隔1h 滴加一次。
4) 加料完畢, 在合成溫度的條件下繼續(xù)反應(yīng)一定時(shí)間。
5) 反應(yīng)完畢, 停止加熱, 保溫30min 后冷卻出料__
1.3 除濁率的測(cè)定
稱取一定量的膨潤(rùn)土, 用蒸餾水配成剩余濁度約為80.0～85. 0NTU 的模擬水, 測(cè)定水樣加入絮凝劑前后的剩余濁度。按下式計(jì)算除濁率:
η =（ A – B）/A×100 %。
式中, A 為模擬水樣的剩余濁度,NTU ;B 為絮凝處理后水樣的剩余濁度,NTU。
2 結(jié)果與討論
21 1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
按正交試驗(yàn)方法,考察反應(yīng)溫度(因素A) 、引發(fā)劑用量(因素B) 、助劑用量( 因素C) 、反應(yīng)時(shí)間(因素D) 和引發(fā)劑用水量(因素E) 這5 個(gè)因素對(duì)合成產(chǎn)物絮凝性能的影響差異,確定為每個(gè)因素取4 個(gè)水平,設(shè)計(jì)成正交表L16 (45 ) 得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)表1 。表1 中測(cè)定除濁率時(shí)合成產(chǎn)品加量均為5mg/ L 。正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果見(jiàn)表2。
       從表2 可以看出, 引發(fā)劑的量對(duì)反應(yīng)的影響最大, 反應(yīng)溫度的影響次之, 反應(yīng)時(shí)間的影響最小;通過(guò)重復(fù)試驗(yàn)確證最佳合成條件為A3B3 C2D4 E1 ,即反應(yīng)溫度為80 ℃,引發(fā)劑用量為1.6 % ,助劑用量為0.12 %, 反應(yīng)時(shí)間為8h , 引發(fā)劑用水量為9ml。在后面
的試驗(yàn)中將采用A3B3C2D4 E1 條件所合成的PDMDAAC為研究對(duì)象。
2.2 影響絮凝劑PDMDAAC 絮凝效果的因素
1) 投加量對(duì)絮凝效果的影響 室溫下, 將以PDMDAAC不同的投加量投加到100ml 的模擬水(p H值為7) 中, 然后先快攪1min , 再慢攪3min 后, 靜置5min , 取上層清液并測(cè)定剩余濁度。測(cè)試了不同的投

加量對(duì)絮凝效果的影響, 結(jié)果見(jiàn)表3。
由表3 可知, 隨著投加量的增加, 除濁率逐漸升高, 當(dāng)投加量為5mg/ L 時(shí), 除濁效果最好, 可達(dá)

到94.4 %; 當(dāng)投加量超過(guò)5mg/ L 時(shí), 除濁率基本保持不變。
2) p H 值對(duì)絮凝效果的影響 在室溫下, 當(dāng)投加量為5mg/ L 時(shí), 用NaOH 和HCl 調(diào)節(jié)模擬水( 相同濁度)的p H 值, 在不同的p H 值下測(cè)定p H 值對(duì)合成產(chǎn)物PDMDAAC絮凝效果的影響, 結(jié)果見(jiàn)表4。由表4 可知, 隨著p H 值的升高, 除濁率逐漸上升,當(dāng)p H 值為7 時(shí), 除濁效果最好, 除濁率可達(dá)到94.4 %;當(dāng)p H 值大于7 時(shí), 除濁率下降。這說(shuō)明合成產(chǎn)物PDMDAAC在中性或偏弱酸性介質(zhì)中絮凝效果較好。
3) 溫度對(duì)絮凝效果的影響 當(dāng)投加量為5mg/ L , 模擬水的p H 值為7 時(shí), 調(diào)節(jié)恒溫水浴鍋的溫度, 在不同的溫度下測(cè)定溫度對(duì)除濁效果的影響, 結(jié)果見(jiàn)表5 。
由表5 可知, 溫度對(duì)除濁效果有一定的影響。隨著溫度的升高, 除濁率逐漸增大, 當(dāng)溫度達(dá)到50 ℃時(shí), 除濁效果最好, 除濁率可達(dá)到96.2 %; 當(dāng)溫度超過(guò)50 ℃時(shí),除濁率有下降的趨勢(shì)。
4) 靜置時(shí)間對(duì)絮凝效果的影響 在室溫下, 當(dāng)投加量為5mg/ L , p H 值為7 時(shí), 在攪拌強(qiáng)度為150r/ min 和攪拌時(shí)間為60s 下測(cè)定其靜置時(shí)間對(duì)絮凝效果的影響, 結(jié)果見(jiàn)表6 。
由表6 可知, 一定條件下, 靜置時(shí)間越長(zhǎng), 除濁率越高。當(dāng)靜置5min 以后, 繼續(xù)延長(zhǎng)靜置時(shí)間已無(wú)必要。
2.3 PAC—YZ 與PDMDAAC 的復(fù)配試驗(yàn)
室溫下, 在100ml 模擬污水中先投加不同量的PAC—YZ ,表7 PAC2YZ 不同加量的處理效果快速攪拌1min , 再向模擬水中投加5mg/L 的PDMDAAC并慢速攪拌3min , 靜置5min 后, 取上清液測(cè)其剩余濁度。測(cè)定PAC—YZ 不同加量對(duì)除濁效果的影響, 其結(jié)果見(jiàn)表7.
由表7 可知, 當(dāng)PAC2YZ 的投加量為100mg/ L 時(shí),絮凝效果最好, 除濁率可高達(dá)98.6 %。
2.4 復(fù)合絮凝劑PAC—YZ/ PDMDAAC 的絮凝效果
取一定量PAC—YZ 于燒杯中, 調(diào)節(jié)恒溫水浴鍋的溫度為50 ℃, 在攪拌下根據(jù)不同的復(fù)合比緩慢滴加一定量的PDMDAAC , 攪拌時(shí)間為2h , 在50 ℃下保溫24h 后,得到一種無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合絮凝劑。用制得的復(fù)合絮凝劑處理模擬污水, 將復(fù)合絮凝劑PAC—YZ/ PDMDAAC 的不同復(fù)合比所對(duì)應(yīng)的剩余濁度和除濁率列入表8 中。
由表8 可知, 復(fù)合絮凝劑具有較好的絮凝效果, 當(dāng)復(fù)合絮凝劑PAC—YZ/ PDMDAAC 的復(fù)合比為20 ∶1 時(shí), 絮凝效果較好, 除濁率可高達(dá)97.5 %。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)模擬水進(jìn)行的研究結(jié)果, 選用效果較好的復(fù)合絮凝劑體系(復(fù)合絮凝劑PAC—YZ/PDMDAAC 的復(fù)合比為20 ∶1) , 應(yīng)用于新疆油田采油一廠回注污水的處理。
在室溫下, 采用的復(fù)合絮凝劑PAC—YZ/ PDMDAAC 的復(fù)合比為20 ∶1 , 試驗(yàn)污水樣來(lái)自新疆油田采油一廠調(diào)儲(chǔ)罐出口稀油污水, p H 值為8.01 。處理后的水經(jīng)30min 沉降后, 取中上部清液進(jìn)行含油和懸浮物含量的測(cè)定, 結(jié)果見(jiàn)表9 。

從表9 可以看出, 復(fù)合絮凝劑PAC2YZ/ PDMDAAC 用于新疆油田采油一廠回注污水的處理, 效果較好, 達(dá)到了預(yù)期的目的。
3 結(jié) 論
1) 選擇濃度為65 %的二甲基二烯丙基氯化銨為反應(yīng)單體, 過(guò)硫酸銨為引發(fā)劑, 乙二胺四乙酸二鈉為助劑, 通過(guò)水溶液聚合法, 合成了絮凝劑聚二甲基二烯丙基氯化銨。選用L16 (45 ) 正交表做正交試驗(yàn), 確定各因素對(duì)合成產(chǎn)物絮凝性能的影響程度依次為引發(fā)劑用量、反應(yīng)溫度、助劑用量、引發(fā)劑用水量和反應(yīng)時(shí)間, 并確定了合成聚二甲基二烯丙基氯化銨各因素的最佳水平依次為反應(yīng)溫度為80 ℃, 過(guò)硫酸銨用量為1.6 %, 乙二胺四乙酸二鈉用量為01 12 %, 反應(yīng)時(shí)間為8h , 引發(fā)劑用水量為9ml 。
2) 復(fù)配處理模擬污水時(shí), PAC2YZ 與PDMDAAC 復(fù)配使用處理效果要優(yōu)于單一絮凝劑的處理效果, 處理后水樣透光率高, 絮凝沉降快, 絮凝時(shí)的礬花比較大。當(dāng)PAC—YZ 的投加量為100mg/ L ,PDMDAAC的投加量為5mg/ L 時(shí), 絮凝效果最好, 除濁率可高達(dá)98.6 %。
3) 由PDMDAAC 與PAC2YZ 所制得的復(fù)合絮凝劑PAC—YZ/PDMDAAC具有較好的絮凝效果。當(dāng)復(fù)合絮凝劑PAC—YZ/ PDMDAAC 的復(fù)合比為20 ∶1 , 除濁率可高達(dá)97.5 % , 同時(shí)在PAC2YZ 與PDMDAAC復(fù)合的過(guò)程中不產(chǎn)生對(duì)抗, 礬花大, 且容易下沉, 彌補(bǔ)了使用單一絮凝劑時(shí)礬花較小, 不易下沉的缺點(diǎn)。將其應(yīng)用于新疆油田采油一廠的回注污水(試樣) 處理, 取得了較為滿意的結(jié)果, 處理后水質(zhì)達(dá)到了回注要求。
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