一种功能型有机脱水剂及其制备方法

文献发布时间：2023-06-19 19:28:50

技术领域

本发明属于高分子制备领域，尤其是一种功能型有机脱水剂及其制备方法。

背景技术

随着我国经济的发展和生活水平的提高,生活用水和工业用水量也迅速增长,滋生了大量污水和污泥,污水以及污泥的处置问题成为重中之重。由于污泥絮体的亲水性结构，会与污泥中的水分发生作用而以不同的形式结合在一起，导致污泥脱水的困难。

阳离子型聚丙烯酰胺主要通过架桥作用以及电中和作用，促使絮凝沉降和过滤脱水，在污水及污泥处理工艺中得到广泛应用。但是污泥中的高有机质会在压力作用下产生压缩变形，使得滤饼中水的过滤通道被堵塞，从而导致机械脱水效率较低。研究表明，在聚合物结构中加入疏水单体，疏水缔合作用增强了聚合物分子链间的相互作用，降低了絮体的亲水性，同时具有更强的吸附架桥作用，增强了聚合物与有机物的作用，絮体沉降速度加快，提高了絮凝脱水效果；交联剂在一定程度上起到了构建骨架的作用，而刚性基团可以增加聚合物链的刚性，从而在污泥中形成坚硬网络骨架并保持多孔结构，形成透水和刚性晶格结构，保持了高压力下泥饼的多孔通道，可以有效地解决污泥的可压缩性问题，改善污泥的脱水性能。

CN107189010A专利公开了一种疏水改性聚丙烯酰胺的制备方法，首先制备出聚丙烯酰胺反相乳液，再引入含苯环的疏水基团对其进行改性，从而制备疏水缔合聚丙烯酰胺反相乳液。该方法制备的乳液，没有加入交联剂形成网络结构，且后期改性所需反应时间长，且整体工艺复杂、生产成本高，生产效率较低。

CN114262412A专利公开了一种抗剪切的改性聚丙烯酰胺及其用途，虽制得抗剪切的疏水聚丙烯酰胺，但其制备方法所用交联单体为自制含乙烯基的β-环糊精，整个工艺工业化可实施性低、成本高。

综上所述，亟需一种高效、快捷的方法制备功能型有机脱水剂来解决现有技术存在的问题。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种功能型有机脱水剂及其制备方法，以解决背景技术所涉及的问题。

本发明提供一种功能型有机脱水剂及其制备方法，包括：

步骤一，水相配制：称取丙烯酰胺、阳离子单体、乙二胺四乙酸二钠和氧化剂加入去离子水中，搅拌溶解，得到水相；

步骤二，乳化液配制：将疏水单体、功能交联单体、复合乳化剂和溶剂油搅拌均匀形成油相；然后将步骤一中所得水相滴加至油相中，搅拌和剪切乳化，得到乳化液；

步骤三，聚合反应：将步骤二中所得的乳化液除氧一定时间后，向反应瓶中滴加还原剂引发聚合反应；

步骤四，出料：待步骤三中的聚合反应结束后，滴加高浓度的还原剂溶液，保温30min，降温，加入反相剂，搅拌均匀，出料得功能型有机脱水剂。

优选地或可选地，所述阳离子单体至少包括甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵中的一种。

优选地或可选地，所述疏水单体至少包括甲基丙烯酰氧乙基二甲基辛基溴化铵、N,N-双戊基丙烯酰胺、N,N-十二烷基丙烯酰胺、丁基苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸十八酯的一种。

优选地或可选地，所述的功能交联剂至少包括二乙烯基苯、二乙烯基乙基苯、双环戊烯基丙烯酸酯的一种。

优选地或可选地，所述复合乳化剂至少包括脱水山梨醇单油酸酯(S-80)、脱水山梨醇单硬脂酸酯(S-60)、Hypermer B 246SF、Hypermer 1083SF、Hypermer 1599A、聚氧乙烯失水山梨醇六油酸酯、聚氧乙烯氧丙烯油酸酯、聚氧乙烯羊毛脂衍生物中的一种。

优选地或可选地，所述氧化剂为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、溴酸钾、溴酸钠、叔丁基过氧化氢中的一种、两种或多种；

还原剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、偏重亚硫酸钠、硫代硫酸钠、甲醛次硫酸钠中一种、两种或多种；

所述氧化剂和还原剂组成的氧化-还原引发剂，所述氧化-还原引发剂的用量占体系总量的0.01-0.2％。

优选地或可选地，所述步骤四中，高浓度的还原剂溶液为焦亚硫酸钠溶液、亚硫酸氢钠溶液和六水合硫酸亚铁铵溶液中的一种或多种。所述高浓度的还原剂溶液的浓度为20～35wt％。

优选地或可选地，所述步骤四中，降温至30℃～35℃，加入反相剂；

所述反相剂为HLB值＞10的非离子表面活性剂的一种或多种。

优选地或可选地，各原料占乳化液反应体系重量分数分别为：

丙烯酰胺25％～35％、阳离子单体30％～40％、乙二胺四乙酸二钠0.02％～0.05％、氧化剂5ppm～100ppm、去离子水2～15％、疏水单体为0.5％～5％、功能交联单体5ppm～50ppm、复合乳化剂4％～6％、溶剂油20％～25％。

本发明还提供一种基于上述的功能型有机脱水剂的制备方法所得到的有机脱水剂。

本发明涉及一种功能型有机脱水剂及其制备方法，相较于现有技术，具有如下有益效果：

1、本发明通过结构设计，引入疏水基团，聚合物分子在静电、氢键或范德华力作用下，通过分子间的疏水缔合作用形成网络结构，降低界面自由能，增强聚合物与絮体之间的作用力，提高了聚合物的相转变能力，降低聚合物和絮体的亲水性。聚合物链带有的阳离子基团，既提高聚合物溶解性，也可能使聚合物分子链发生离子键的缔合作用，增强聚合物与絮体的吸附架桥能力，从而加快絮体沉降速度。

2、本发明在引入疏水基团的同时加入的功能交联剂，使疏水单体与交联剂形成交联单元，使聚合物分子形成更强的交联网络结构，可以携带更多的电荷，增强了聚合物的电中和以及电荷补丁作用，加快絮体沉降，同时引入的刚性基团使聚合物分子链刚性增强，使得絮体之间保持大量的水流通道，提高了絮团强度以及滤饼干度。

3、目前使用的疏水单体在水溶液中的溶解性较差，影响疏水基团分布，限制聚合物疏水缔合能力，而本发明采用反相乳液聚合法解决了疏水单体的水溶性问题，进行污泥脱水处理时，污泥沉降速度快，脱水性能好，同时该方法工艺简单易操作，更适用于工业化生产。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

下面结合实施例，对本发明作进一步说明，所述的实施例的示例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

步骤一、水相配制：称取256g丙烯酰胺和97.4g去离子水，在搅拌状态下，然后依次加入240g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵以及0.2g的乙二胺四乙酸二钠和0.01g过硫酸铵，继续搅拌溶解后将溶液pH值调节3-5，得到水相；

步骤二、乳化液配制：称取6.4gN，N-十二烷基丙烯酰胺、0.02g二乙烯基乙基苯以及40g的Span80、Hypermer 1083SF、聚氧乙烯氧丙烯油酸酯复合乳化剂，将上述加到160g的溶剂油D110中，搅拌至溶解，得油相；然后将步骤一中所得水相滴加至油相中，加完搅拌10min，再用高速剪切机剪切乳化3min；

步骤三、聚合反应：将步骤二中的乳化液通氮除氧60min后，滴加0.3％还原剂偏重亚硫酸钠开始聚合反应，控制聚合反应最高温在40℃～60℃，反应2～3小时；

步骤四、出料：聚合温度不再上升后，滴加4g的25wt％浓度的偏重亚硫酸钠溶液，保温30分钟，降温至30～35℃，加入20g反相剂异构十三醇乙氧基化物，搅拌均匀，出料得功能型有机脱水剂。

实施例2：

步骤一、水相配制：称取216g丙烯酰胺和18g去离子水，在搅拌状态下，然后依次加入315g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵以及0.2g的乙二胺四乙酸二钠和0.01g叔丁基过氧化氢，继续搅拌溶解后将溶液pH值调节3-5，得到水相；

步骤二、乳化液配制：称取35gN，N-十二烷基丙烯酰胺、0.002g二乙烯基乙基苯以及48g的Span80、Hypermer 1083SF、聚氧乙烯氧丙烯油酸酯复合乳化剂,将上述加到168g的溶剂油D80中，搅拌至溶解，得油相；然后将步骤一中所得水相滴加至油相中，加完搅拌10min，再用高速剪切机剪切乳化3min；