陽(yáng)離子型有機(jī)高分子水處理劑—聚環(huán)氧氯丙烷胺的研究.pdf

1、在染料和印染行業(yè)廢水脫色處理中，化學(xué)絮凝脫色方法是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)研究的方向之一，而化學(xué)絮凝脫色方法的效果關(guān)鍵取決于絮凝劑的性能。近年來(lái)，隨著絮凝理論和化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，水處理絮凝劑在我國(guó)發(fā)展十分迅速，從低分子到高分子，從無(wú)機(jī)到有機(jī)，從單一到復(fù)合，形成了系列化和多樣化產(chǎn)品，已引起學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的高度重視。 近年來(lái)的研究認(rèn)為，有機(jī)高分子絮凝劑由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而對(duì)染料(特別是對(duì)于水溶性染料)具有脫色效果好、適用范圍廣、受pH影響小、用量少

2、、產(chǎn)生的污泥量少等特點(diǎn)。由于染料分子在水溶液中一般帶負(fù)電荷，所以，目前國(guó)外積極研制開(kāi)發(fā)新型陽(yáng)離子有機(jī)高效脫色絮凝劑。其中，季銨化陽(yáng)離子高分子混凝劑是最具有商業(yè)價(jià)值的一類(lèi)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)具有很大的變通性，而且電荷密度受pH值影響小，并能獲得高的分子量，因此，新型陽(yáng)離子有機(jī)高效脫色絮凝劑的研究成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。 環(huán)氧氯丙烷與胺反應(yīng)物是水溶性陽(yáng)離子高分子聚合物的一種，它具有正電荷密度高、水溶性好、分子量易于控制、高效無(wú)毒、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)

3、，可廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域，另外，還可應(yīng)用于石油開(kāi)采、造紙、采礦、紡織印染、日用化工等領(lǐng)域，故具有很好的推廣應(yīng)用前景。由于聚環(huán)氧氯丙烷胺聚合物帶有很強(qiáng)的正電荷和較高的分子量，在水處理中同時(shí)擁有較強(qiáng)的電中和作用與吸附架橋作用兩種性能，因此具有非常好的水處理效果，受到了國(guó)內(nèi)外水處理界的高度關(guān)注。這類(lèi)陽(yáng)離子高分子絮凝劑與其他陽(yáng)離子絮凝劑相比，最大的特點(diǎn)是它們能使用在含氯分散相的水分散體中而不與氯化物起作用，從而在含氯分散相的水分散體系中使用時(shí)不

4、會(huì)降低其絮凝效果，而其他陽(yáng)離子絮凝劑卻做不到這一點(diǎn)。 我國(guó)目前在陽(yáng)離子聚合物類(lèi)絮凝劑方面的研究較少，與國(guó)外相比有較大的差距，特別是用環(huán)氧氯丙烷與不同胺的聚合物作為水處理劑的研究和應(yīng)用目前在國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)，僅有少量用二甲胺與環(huán)氧氯丙烷的聚合物用于石油開(kāi)采中的粘土防膨方面的研究。本研究的目的是采用交聯(lián)法研制出陽(yáng)離子型有機(jī)高分子水處理劑聚環(huán)氧氯丙烷胺，根據(jù)所使用胺的性質(zhì)不同，以得到不同品種、不同性能的陽(yáng)離子絮凝劑。目前，我國(guó)在新型高效

5、有機(jī)高分子絮凝劑的研究方面，急需研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型、高效、廣譜的有機(jī)陽(yáng)離子型脫色絮凝劑，所以，開(kāi)展本研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本論文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下： (1)以環(huán)氧氯丙烷和二甲胺為原料采用交聯(lián)聚合法合成出了一系列具有不同粘度和陽(yáng)離子度的陽(yáng)離子高分子聚合物——聚環(huán)氧氯丙烷胺。在研制過(guò)程中，著重研究了交聯(lián)劑種類(lèi)、交聯(lián)劑加入量、反應(yīng)溫度、環(huán)氧氯丙烷和二甲胺摩爾比、聚合時(shí)間等因素對(duì)產(chǎn)品特性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在

6、特定聚合體系中，交聯(lián)劑種類(lèi)和加入量、反應(yīng)溫度、環(huán)氧氯丙烷和二甲胺摩爾比、聚合時(shí)間等因素對(duì)于聚合物的陽(yáng)離子度和分子量都存在一最佳值，聚合物結(jié)構(gòu)也隨著交聯(lián)劑種類(lèi)和加入量的不同而改變。結(jié)果表明反應(yīng)溫度為70℃，n(環(huán)氧氯丙烷)/n(二甲胺)=1.5，采用乙二胺作為交聯(lián)劑時(shí)，n(乙二胺)/n(環(huán)氧氯丙烷+二甲胺)=0.03，反應(yīng)時(shí)間7 h時(shí)，可以得到粘度較高的聚環(huán)氧氯丙烷胺，此時(shí)產(chǎn)品具有較強(qiáng)的吸附架橋和電中和作用，對(duì)染料廢水有較好的脫色效果。

7、 (2)運(yùn)用紅外光譜儀、核磁共振譜儀、透射電鏡等現(xiàn)代分析儀器對(duì)聚環(huán)氧氯丙烷胺的結(jié)構(gòu)、在水中的聚集形態(tài)以及其表觀(guān)形貌等做了研究，確定了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，季銨鹽陽(yáng)離子聚合物已經(jīng)生成。 (3)通過(guò)燒杯實(shí)驗(yàn)研究了聚環(huán)氧氯丙烷胺對(duì)染料模擬廢水、實(shí)際印染廢水和煉油廠(chǎng)廢水的絮凝效果。結(jié)果表明，陽(yáng)離子度、分子量以及聚合物的結(jié)構(gòu)是影響聚環(huán)氧氯丙烷胺絮凝效果的重要因素。一般來(lái)說(shuō)，陽(yáng)離子度越高，分子量越大，聚合物的絮凝效果越好。而對(duì)于一特定

8、聚合體系，陽(yáng)離子度和分子量是一對(duì)矛盾關(guān)系體，即二者不可能同時(shí)提高，因此需根據(jù)處理廢水的水質(zhì)，來(lái)選擇合適的陽(yáng)離子度和分子量。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于水不溶性染料廢水，聚合物的吸附架橋起主要作用，因此處理此類(lèi)廢水時(shí)，應(yīng)重在提高聚合物的粘度；對(duì)于水溶性染料廢水，聚合物的電中和和吸附架橋作用同等重要，因此處理此類(lèi)廢水時(shí)，應(yīng)保證聚合物的陽(yáng)離子度和粘度都不可太低?？傊?，特殊的處理對(duì)象要求絮凝劑有特殊的結(jié)構(gòu)。聚環(huán)氧氯丙烷一二甲胺的絮凝機(jī)理是電中和及吸附架橋兩種

9、作用機(jī)理的結(jié)合。 (4)該實(shí)驗(yàn)已經(jīng)進(jìn)行中試，結(jié)果表明中試工藝合理，生產(chǎn)過(guò)程容易控制，各批次產(chǎn)品均達(dá)到小試研究水平，具備工業(yè)化放大條件，中試產(chǎn)品對(duì)實(shí)際印染廢水和含油廢水的處理獲得了令人滿(mǎn)意的效果。 (5)為了進(jìn)一步拓寬聚環(huán)氧氯丙烷胺的應(yīng)用范圍，本文將該聚合物與聚合鋁(PAC)復(fù)配，系統(tǒng)研究了與聚合鋁(PAC)復(fù)配的絮凝效果。結(jié)果表明，聚環(huán)氧氯丙烷胺與PAC匹配，由于二者的協(xié)同效應(yīng)，不僅可使絮凝效果更好，而且可大大降低處理成

10、本。 (6)本文將聚環(huán)氧氯丙烷胺陽(yáng)離子聚合物對(duì)鈉基膨潤(rùn)土進(jìn)行插層復(fù)合，制備出了一系列陽(yáng)離子聚合物/膨潤(rùn)土，并系統(tǒng)研究了其結(jié)構(gòu)性能和對(duì)染料廢水的處理效果，在此基礎(chǔ)上探討了其對(duì)紅色染料的吸附等溫線(xiàn)和吸附動(dòng)力學(xué)行為。結(jié)果表明，鈉基膨潤(rùn)土經(jīng)聚環(huán)氧氯丙烷二甲胺陽(yáng)離子聚合物插層復(fù)合后，比表面積顯著增加，表面電性由負(fù)值變?yōu)檎?，締合結(jié)構(gòu)明顯，顆粒的聚集程度增加，在水中更易分散成粒徑大的顆粒，因此提高了其電中和作用、吸附能力和架橋能力，更有利于

11、污染物的絮凝沉降。對(duì)廢水處理的結(jié)果表明：對(duì)還原大紅、分散大紅和活性艷紅等紅色染料廢水的脫色效果優(yōu)于或相當(dāng)于活性炭，用此代替活性炭應(yīng)用于印染廢水的處理，有成本低、效果好等特點(diǎn)；其對(duì)紅色染料的吸附行為符合Langmuir和Freundlich吸附模型，吸附動(dòng)力學(xué)行為遵循Langmuir方程所述的規(guī)律。 本研究的創(chuàng)新之處體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (1)以有機(jī)胺作交聯(lián)劑，使二甲胺與環(huán)氧氯丙烷在水溶液中進(jìn)行交聯(lián)聚合，合成出了系列具有不

12、同結(jié)構(gòu)、分子量和陽(yáng)離子度的環(huán)氧氯丙烷一二甲胺聚合物(PEPI-DMA)。PEPI-DMA的分子量、陽(yáng)離子度和分子結(jié)構(gòu)易于控制，從而可適用于不同的處理對(duì)象。 (2)EPI-DMA的絮凝效果與它的分子量、陽(yáng)離子度和分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。一般而言，EPI-DMA的分子量和陽(yáng)離子度越高、枝化度越大，其絮凝效果就越好。EPI-DMA主要是通過(guò)吸附電中和作用和吸附架橋作用機(jī)理起凈水作用的。 (3)EPI-DMA與其它水處理劑或材料(如P