陽離子型有機(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，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發(fā)展十分迅速，從低分子到高分子，從無機(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)而對染料(特別是對于水溶性染料)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，目前國外積極研制開發(fā)新型陽離子有機(jī)高效脫色絮凝劑。其中，季銨化陽離子高分子混凝劑是最具有商業(yè)價(jià)值的一類，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，受到了國內(nèi)外水處理界的高度關(guān)注。這類陽離子高分子絮凝劑與其他陽離子絮凝劑相比，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，而其他陽離子絮凝劑卻做不到這一點(diǎn)。 我國目前在陽離子聚合物類絮凝劑方面的研究較少，與國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)用目前在國內(nèi)還未見報(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、不同性能的陽離子絮凝劑。目前，我國在新型高效

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)陽離子型脫色絮凝劑，所以，開展本研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本論文的主要研究內(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離子度的陽離子高分子聚合物——聚環(huán)氧氯丙烷胺。在研制過程中，著重研究了交聯(lián)劑種類、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)間等因素對于聚合物的陽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，季銨鹽陽離子聚合物已經(jīng)生成。 (3)通過燒杯實(shí)驗(yàn)研究了聚環(huán)氧氯丙烷胺對染料模擬廢水、實(shí)際印染廢水和煉油廠廢水的絮凝效果。結(jié)果表明，陽離子度、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。一般來說，陽離子度越高，分子量越大，聚合物的絮凝效果越好。而對于一特定

8、聚合體系，陽離子度和分子量是一對矛盾關(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)，來選擇合適的陽離子度和分子量。一般來說，對于水不溶性染料廢水，聚合物的吸附架橋起主要作用，因此處理此類廢水時(shí)，應(yīng)重在提高聚合物的粘度；對于水溶性染料廢水，聚合物的電中和和吸附架橋作用同等重要，因此處理此類廢水時(shí)，應(yīng)保證聚合物的陽離子度和粘度都不可太低?？傊厥獾奶幚韺ο笠笮跄齽┯刑厥獾慕Y(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)品對實(shí)際印染廢水和含油廢水的處理獲得了令人滿意的效果。 (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)氧氯丙烷胺陽離子聚合物對鈉基膨潤土進(jìn)行插層復(fù)合，制備出了一系列陽離子聚合物/膨潤土，并系統(tǒng)研究了其結(jié)構(gòu)性能和對染料廢水的處理效果，在此基礎(chǔ)上探討了其對紅色染料的吸附等溫線和吸附動(dòng)力學(xué)行為。結(jié)果表明，鈉基膨潤土經(jīng)聚環(huán)氧氯丙烷二甲胺陽離子聚合物插層復(fù)合后，比表面積顯著增加，表面電性由負(fù)值變?yōu)檎担喓辖Y(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。對廢水處理的結(jié)果表明：對還原大紅、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象。 (2)EPI-DMA的絮凝效果與它的分子量、陽離子度和分子結(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