聚二甲基二烯丙基氯化铵的合成及絮凝性能研究
王任芳, 周珊珊, 李克华 董汉平, 黄连华, 严 忠
(长江大学化学与环境工程学院, 湖北荆州434023)

(新疆油田分公司勘探开发研究院, 新疆克拉玛834000)
[ 摘要] 通过水溶液聚合, 选择浓度为65 %的二甲基二烯丙基氯化铵为反应单体, 过硫酸铵为引发剂, 乙二胺四乙酸二钠为助剂, 合成了絮凝剂聚二甲基二烯丙基氯化铵。通过正交试验确定了合成的最佳条件并评价了合成产品的性能。研究结果表明, 合成聚二甲基二烯丙基氯化铵各因素的最佳水平依次为反应温度为80 ℃, 过硫酸铵用量为1.6% , 乙二胺四乙酸二钠用量为0.12 % , 反应时间为8h , 引发剂用水量为9ml , 所得到的絮凝剂的除浊率可以达到94.4 %。并初步讨论了合成产品PDMDAAC 与无机絮凝剂复配以及复合的絮凝效果, 取得较满意的效果。

[ 关键词] 絮凝剂; 聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC) ; 污水处理; 剩余浊度; 除浊率
[ 中图分类号] O6321 12 [ 文献标识码] A [ 文章编号] 1673 1409 (2006) 03 0044 04
       采用絮凝剂通过絮凝沉降法处理工业废水是目前国内外普遍采用的一种既经济又简便的水质处理方法。无机高分子絮凝剂是目前全世界广泛使用的一种絮凝剂, 一般都具有强烈的吸附电中和能力, 但其也存在着分子量相对较低、在水中的稳定性较差、投药量较高、产生的污泥量较多、在絮凝过程中实现颗粒间粘结架桥的能力有限等缺点。有机高分子是在各种水处理过程中经常使用的絮凝剂, 作为絮凝剂的有机高分子一般都具有很大的分子量和线性的长分子链结构, 具有很强的颗粒间架桥能力, 但除阳离子型有机高分子外, 阴离子型和非离子型有机高分子不具有电中和能力。同无机絮凝剂相比, 它具有用量少、絮凝速度快、生成污泥量少等优点。因此, 研制阳离子型有机高分子絮凝剂、无机高分子与有机高分子的复合型絮凝剂, 使之既能发挥无机高分子的吸附电中和作用又能发挥有机高分子的粘结架桥作用。
       聚二甲基二烯丙基氯化铵( PDMDAAC) 是一种阳离子型有机高分子絮凝剂, 用于水和废水处理时可以同时发挥电中和和架桥作用, 用量少, 效率高, 且无毒副作用, 是一种理想的水处理絮凝剂。笔者就聚二甲基二烯丙基氯化铵的合成及絮凝性能进行了研究, 并初步探讨了其与无机高分子絮凝剂复配和复合的絮凝性能。

1 试验部分
11 1 主要试验仪器与试剂
试验仪器: SZD21 型散射光浊度仪, 73122 Ⅰ型电动搅拌机, ZR426 型混凝试验搅拌机等。
试验试剂: 过硫酸铵, 氯化钠, 丙酮, 氢氧化钠, 盐酸, 乙二胺四乙酸二钠, DMDAAC 单体,PAC—YZ , 高纯氮气, 去离子水等。
11 2 合成步骤
1) 在装有冷凝管、电动搅拌机、滴液漏斗和温度计的250ml 四口烧瓶中, 加入一定浓度的DMDAAC单体和一定量的助剂。
2) 通氮气30min , 缓慢升温至合成温度。
3) 开动搅拌器, 同时开始滴加一定浓度的引发剂溶液, 每隔1h 滴加一次。
4) 加料完毕, 在合成温度的条件下继续反应一定时间。
5) 反应完毕, 停止加热, 保温30min 后冷却出料__
1.3 除浊率的测定
称取一定量的膨润土, 用蒸馏水配成剩余浊度约为80.0～85. 0NTU 的模拟水, 测定水样加入絮凝剂前后的剩余浊度。按下式计算除浊率:
η =（ A – B）/A×100 %。
式中, A 为模拟水样的剩余浊度,NTU ;B 为絮凝处理后水样的剩余浊度,NTU。
2 结果与讨论
21 1 试验设计
按正交试验方法,考察反应温度(因素A) 、引发剂用量(因素B) 、助剂用量( 因素C) 、反应时间(因素D) 和引发剂用水量(因素E) 这5 个因素对合成产物絮凝性能的影响差异,确定为每个因素取4 个水平,设计成正交表L16 (45 ) 得到试验数据表1 。表1 中测定除浊率时合成产品加量均为5mg/ L 。正交试验数据处理结果见表2。
       从表2 可以看出, 引发剂的量对反应的影响最大, 反应温度的影响次之, 反应时间的影响最小;通过重复试验确证最佳合成条件为A3B3 C2D4 E1 ,即反应温度为80 ℃,引发剂用量为1.6 % ,助剂用量为0.12 %, 反应时间为8h , 引发剂用水量为9ml。在后面
的试验中将采用A3B3C2D4 E1 条件所合成的PDMDAAC为研究对象。
2.2 影响絮凝剂PDMDAAC 絮凝效果的因素
1) 投加量对絮凝效果的影响 室温下, 将以PDMDAAC不同的投加量投加到100ml 的模拟水(p H值为7) 中, 然后先快搅1min , 再慢搅3min 后, 静置5min , 取上层清液并测定剩余浊度。测试了不同的投

加量对絮凝效果的影响, 结果见表3。
由表3 可知, 随着投加量的增加, 除浊率逐渐升高, 当投加量为5mg/ L 时, 除浊效果最好, 可达

到94.4 %; 当投加量超过5mg/ L 时, 除浊率基本保持不变。
2) p H 值对絮凝效果的影响 在室温下, 当投加量为5mg/ L 时, 用NaOH 和HCl 调节模拟水( 相同浊度)的p H 值, 在不同的p H 值下测定p H 值对合成产物PDMDAAC絮凝效果的影响, 结果见表4。由表4 可知, 随着p H 值的升高, 除浊率逐渐上升,当p H 值为7 时, 除浊效果最好, 除浊率可达到94.4 %;当p H 值大于7 时, 除浊率下降。这说明合成产物PDMDAAC在中性或偏弱酸性介质中絮凝效果较好。
3) 温度对絮凝效果的影响 当投加量为5mg/ L , 模拟水的p H 值为7 时, 调节恒温水浴锅的温度, 在不同的温度下测定温度对除浊效果的影响, 结果见表5 。
由表5 可知, 温度对除浊效果有一定的影响。随着温度的升高, 除浊率逐渐增大, 当温度达到50 ℃时, 除浊效果最好, 除浊率可达到96.2 %; 当温度超过50 ℃时,除浊率有下降的趋势。
4) 静置时间对絮凝效果的影响 在室温下, 当投加量为5mg/ L , p H 值为7 时, 在搅拌强度为150r/ min 和搅拌时间为60s 下测定其静置时间对絮凝效果的影响, 结果见表6 。
由表6 可知, 一定条件下, 静置时间越长, 除浊率越高。当静置5min 以后, 继续延长静置时间已无必要。
2.3 PAC—YZ 与PDMDAAC 的复配试验
室温下, 在100ml 模拟污水中先投加不同量的PAC—YZ ,表7 PAC2YZ 不同加量的处理效果快速搅拌1min , 再向模拟水中投加5mg/L 的PDMDAAC并慢速搅拌3min , 静置5min 后, 取上清液测其剩余浊度。测定PAC—YZ 不同加量对除浊效果的影响, 其结果见表7.
由表7 可知, 当PAC2YZ 的投加量为100mg/ L 时,絮凝效果最好, 除浊率可高达98.6 %。
2.4 复合絮凝剂PAC—YZ/ PDMDAAC 的絮凝效果
取一定量PAC—YZ 于烧杯中, 调节恒温水浴锅的温度为50 ℃, 在搅拌下根据不同的复合比缓慢滴加一定量的PDMDAAC , 搅拌时间为2h , 在50 ℃下保温24h 后,得到一种无机有机复合絮凝剂。用制得的复合絮凝剂处理模拟污水, 将复合絮凝剂PAC—YZ/ PDMDAAC 的不同复合比所对应的剩余浊度和除浊率列入表8 中。
由表8 可知, 复合絮凝剂具有较好的絮凝效果, 当复合絮凝剂PAC—YZ/ PDMDAAC 的复合比为20 ∶1 时, 絮凝效果较好, 除浊率可高达97.5 %。
根据实验室内对模拟水进行的研究结果, 选用效果较好的复合絮凝剂体系(复合絮凝剂PAC—YZ/PDMDAAC 的复合比为20 ∶1) , 应用于新疆油田采油一厂回注污水的处理。
在室温下, 采用的复合絮凝剂PAC—YZ/ PDMDAAC 的复合比为20 ∶1 , 试验污水样来自新疆油田采油一厂调储罐出口稀油污水, p H 值为8.01 。处理后的水经30min 沉降后, 取中上部清液进行含油和悬浮物含量的测定, 结果见表9 。

从表9 可以看出, 复合絮凝剂PAC2YZ/ PDMDAAC 用于新疆油田采油一厂回注污水的处理, 效果较好, 达到了预期的目的。
3 结 论
1) 选择浓度为65 %的二甲基二烯丙基氯化铵为反应单体, 过硫酸铵为引发剂, 乙二胺四乙酸二钠为助剂, 通过水溶液聚合法, 合成了絮凝剂聚二甲基二烯丙基氯化铵。选用L16 (45 ) 正交表做正交试验, 确定各因素对合成产物絮凝性能的影响程度依次为引发剂用量、反应温度、助剂用量、引发剂用水量和反应时间, 并确定了合成聚二甲基二烯丙基氯化铵各因素的最佳水平依次为反应温度为80 ℃, 过硫酸铵用量为1.6 %, 乙二胺四乙酸二钠用量为01 12 %, 反应时间为8h , 引发剂用水量为9ml 。
2) 复配处理模拟污水时, PAC2YZ 与PDMDAAC 复配使用处理效果要优于单一絮凝剂的处理效果, 处理后水样透光率高, 絮凝沉降快, 絮凝时的矾花比较大。当PAC—YZ 的投加量为100mg/ L ,PDMDAAC的投加量为5mg/ L 时, 絮凝效果最好, 除浊率可高达98.6 %。
3) 由PDMDAAC 与PAC2YZ 所制得的复合絮凝剂PAC—YZ/PDMDAAC具有较好的絮凝效果。当复合絮凝剂PAC—YZ/ PDMDAAC 的复合比为20 ∶1 , 除浊率可高达97.5 % , 同时在PAC2YZ 与PDMDAAC复合的过程中不产生对抗, 矾花大, 且容易下沉, 弥补了使用单一絮凝剂时矾花较小, 不易下沉的缺点。将其应用于新疆油田采油一厂的回注污水(试样) 处理, 取得了较为满意的结果, 处理后水质达到了回注要求。
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