紫外引发制备阳离子聚丙烯酰胺的方法及应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种紫外引发制备阳离子聚丙烯酰胺的方法及应用。本发明采用紫外光照射的方式，以纳米SiO2分散液、二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯酰胺单体为原料，使用氧化还原引发剂引发反应，植物油为连续相，通过乳液聚合生成阳离子聚丙烯酰胺胶乳状产物，经过丙酮脱乳，无水乙醇洗涤纯化后，经过干燥、粉碎得到粉状阳离子聚丙烯酰胺产物，将其应用于处理水体中的Cr6+离子、Hg2+离子时，其去除率达到50％以上。本发明制备工艺简单，所制备产物溶解性能好，可广泛用于重金属废水处理、工业废水处理、污泥脱水等多个行业。
【专利说明】紫外引发制备阳离子聚丙烯酰胺的方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于水处理剂的制备及环保工程【技术领域】，具体涉及一种紫外光照射条件 下引发制备阳离子聚丙烯酰胺的方法及其应用。
【背景技术】
[0002] 阳离子聚丙烯酰胺是一类重要的有机水处理剂，具有投加量小、处理效果好等优 点，可广泛用于生活污水、工业废水、水厂水处理当中。但随着水环境污染的逐渐加重，尤其 是现行重金属污染尤为严重的情况下，对水处理剂也提出了更高的要求，因此合成制备出 针对水环境中的重金属离子处理效果好、成本低廉的水处理剂是水处理工作者急需解决的 问题。虽然当前聚丙烯酰胺制备工艺逐渐成熟，但仍然有一些可以改进的地方，如：水溶液 聚合法合成的产物溶解性较差的问题，分子量不能很好控制的问题，丙烯酰胺单体残留较 高的问题，对水中重金属处理效果不好等问题。因此针对以上问题，探讨新的合成技术是很 有必要的。紫外光引发作为一种低能耗合成方法具有很多优点，如无需水浴加热、耗时较 短、高效节能等优点，且符合当前国家节能减排要求，符合国家环保战略要求，具有潜在广 阔的应用前景。
【发明内容】
[0003] 本发明的第一个目的在于针对现有聚丙烯酰胺产品存在的缺陷，提供一种无需水 浴加热，能够有效去除水环境中重金属离子，且易于工业化生产的阳离子聚丙烯酰胺的方 法。
[0004] 本发明实现上述目的技术方案为：
[0005] -种紫外引发制备阳离子聚丙烯酰胺的方法，包括如下步骤：
[0006] (1)20-25°C下，将一定量的油酸失水山梨醇酯即Span-80、聚氧乙烯山梨糖醇酐单 油酸酯即Tween-80与植物油按一定比例混合均匀加入到反应容器中，其质量浓度分别控 制在 0· 1 ?2. 0%、0· 1 ?2. 0%、10 ?50% ;
[0007] (2)制备纳米SiO2粒子分散液，再将该纳米SiO2粒子分散液，二甲基二烯丙基氯 化铵单体和丙烯酰胺单体水溶液加入到反应容器中，控制总单体的质量浓度为10?50%， 搅拌使其混合均匀，20-25°C乳化20?60min ;
[0008] (3)向反应容器中加入氧化-还原引发剂，其总的质量浓度控制在0.01?0.5%， 继续乳化20?60min ;
[0009] (4)再加入lmol/L的乙二胺四乙酸二钠盐即EDTA水溶液作为络合剂，质量浓度控 制在 0.02%?0.5% ;
[0010] (5)通入氮气10?50min，达到去除单体混合液中氧气的目的；
[0011] (6)将反应容器置于紫外灯下，20-25°C下照射20?120min，熟化30?120min后 得到胶乳状产物；
[0012] (7)将一定量的丙酮缓慢倒入胶乳状产物中，进行脱乳处理；
[0013] (8)最后将脱乳后的产物用无水乙醇洗涤，再进行干燥后粉碎成粉状固体即得产 品。
[0014] 值得说明的是，以上各质量浓度均是相对于反应物总质量而言。
[0015] 进一步，所述植物油优选为花生油、豆油或菜籽油。
[0016] 进一步，所述纳米SiO2粒子分散液的制备方法为：将纳米SiO2超声分散2.0小时， 然后在碱性条件下控制正硅酸四乙酯水解，即可得到表面具有可聚官能团的纳米SiO 2粒子 分散液。
[0017] 进一步，所述氧化-还原引发剂中的氧化剂为过氧化氢、过氧化钠、过氧化钙、 氧化二苯甲酰或过氧化二月桂酰中的一种或两种以上；还原剂为N，N-二丙基-1-丙胺， N，N-二甲基苯胺、环烷酸钴、环烷酸锰、环烷酸钙、甲硫醇、乙硫醇、辅酶A及有机金属化合 物中的一种或两种以上。
[0018] 进一步，所述步骤（2)中，纳米SiO2分散液中的纳米SiO2，二甲基二烯丙基氯化铵 单体和丙烯酰胺单体的摩尔比为10?80 :10?80 :80?10。
[0019] 进一步，所述步骤（6)的紫外灯为高压汞灯，其功率为100?2000?，波长为 220nm ?2000nm，主波长为 365nm。
[0020] 本发明的第二个目的在于提供上述方法制备的阳离子聚丙烯酰胺的应用，即将固 体产物配成溶液后用于去除水环境中的重金属Cr 6+离子，Hg2+离子。
[0021] 本发明方法制备的聚合产物阳离子度为10?90%。
[0022] 相比于现有技术，本发明的有益效果体现在：
[0023] (1)本发明的制备方法采用三种单体聚合，且以纳米SiO2为核心，可以提高产物的 特性粘度。
[0024] (2)本发明采用紫外光照射引发聚合工艺，紫外光引发聚合反应所需活化能较低， 在室温下就能快速引发聚合，且可以克服水溶液加热过程中导致受热不均的缺点，可以短 时间内制备出产物，且产物特性粘度分布更加均匀。
[0025] (3)本发明利用紫外光引发聚合制备阳离子聚丙烯酰胺，所需设备简单、操作简 单、投资少，有利于工业化生产。
[0026] (4)本发明所制备的阳离子聚丙烯酰胺对重金属离子具有很好的去除效果，其去 除率达到50%以上，可以扩大其应用范围。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明并不限于此。
[0028] 实施例1
[0029] (I) 20-25°C下，首先将 I. Og Span80、0. 5g Tween80、30. Og花生油混合均匀加入到 反应容器中；
[0030] (2)再依次加入制备好的纳米SiO2分散液（其含纳米SiO2的质量为5g)，二甲基 二烯丙基氯化铵单体17. 5g (质量分数为60% )和丙烯酰胺单体11. 5g (将其溶于15mL蒸 馏水中），高速搅拌使其混合均匀乳化30min ;
[0031] (3)再加入引发剂氧化二苯甲酰0· 12g和甲硫醇0.09g，乳化30min ;
[0032] (4)乳化后加入络合剂I. Omol/L的EDTA水溶液0· 5mL ;
[0033] (5)通入氮气25min，达到去除单体混合液中的氧气的目的；
[0034] (6)将其置于紫外光反应装置中，用600W的汞紫外灯照射，反应50min后得到白色 胶乳状产物；
[0035] (7)将50mL的丙酮缓慢倒入白色胶乳状产物中，进行脱乳处理；
[0036] (8)最后将脱乳后的产物用35mL无水乙醇洗漆；
[0037] (9)用乌氏粘度计测定其特性粘度为9. 3dL/g ;
[0038] (10)将阳离子聚丙烯酰胺置于70°C烘箱中干燥后粉碎成粉状固体使用。实施例 2
[0039] (1)20-25°C下，首先将0· 5g Span80、0. 7g Tween80、20. Og菜籽油混合均匀加入到 反应容器中；
[0040] ⑵再依次加入制备好的纳米SiO2分散液（其含纳米SiO2的质量为6g)，
[0041] 二甲基二烯丙基氯化铵单体25. 5g (质量分数为60% )和丙烯酰胺单体8. 5g (将 其溶于12mL蒸馏水中），高速搅拌使其混合均匀乳化30min ;
[0042] (3)再加入引发剂过氧化氢0· Ig和辅酶A 0· 08g，乳化30min ;
[0043] (4)乳化后加入络合剂I. Omol/L的EDTA水溶液I. OmL ;
[0044] (5)通入氮气40min达到去除氧气的目的；
[0045] (6)将其置于紫外光反应装置中，用600W的汞紫外灯照射，反应20min后得到白色 胶乳状产物；
[0046] (7)将50mL的丙酮缓慢倒入白色胶乳状产物中，进行脱乳处理；
[0047] (8)最后将脱乳后的产物用30mL无水乙醇洗漆；
[0048] (9)用乌氏粘度计测定其特性粘度为9. 2dL/g ;
[0049] (10)将二甲基二烯丙基氯化铵丙烯酰胺共聚物置于75°C烘箱中干燥后粉碎成粉 状固体使用。
[0050] 实施例3
[0051] 将实施例2所得产物应用于对水中Cr6+离子，Hg2+离子的去除：
[0052] (一）分析待处理水中Cr6+离子，Hg2+离子的浓度；
[0053] (二）根据水中Cr6+离子，Hg2+离子的浓度计算阳离子聚丙烯酰胺的反应量，水中 所含投加的絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺（实施例2所得产物）的量为0. 10?20mg/L。
[0054] (三）去除过程为：
[0055] (1)将含有Cr6+离子，Hg2+离子的水输送至反应器中，按上述反应比例，通过加药 管向反应器中投加絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺；同时，启动搅拌器将上述水体和所述絮凝剂 充分搅拌，（以350r/min的速度搅拌1分钟，然后再以60r/min的速度搅拌5分钟），通过 絮凝剂的絮凝作用从而使水环境当中的Cr 6+离子，Hg2+离子浓度下降50%以上。
[0056] (2)将步骤⑴处理的水体，静置1?IOh ;通过絮凝沉降作用使水中絮凝剂阳离 子聚丙烯酰胺及其吸附物沉降到底部。
[0057] 表1是应用本发明实施例2所得产物去除水中Cr6+离子，Hg2+离子的实验数据表：
[0058] 表 1
[0059]
【权利要求】
1. 一种紫外引发制备阳离子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 20-25°C下，将一定量的油酸失水山梨醇酯即Span-80、聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸 酯即Tween-80与植物油按一定比例混合均匀加入到反应容器中，其质量浓度分别控制在 0? 1 ?2. 0%、0? 1 ?2. 0%、10 ?50% ; (2) 制备纳米Si02粒子分散液，再将该纳米Si02粒子分散液，二甲基二烯丙基氯化铵 单体和丙烯酰胺单体水溶液加入到反应容器中，控制总单体的质量浓度为10?50%，搅拌 使其混合均匀，20-25°C乳化20?60min ; (3) 向反应容器中加入氧化-还原引发剂，其总的质量浓度控制在0. 01?0. 5 %，继续 乳化20?60min ; ⑷再加入lmol/L的乙二胺四乙酸二钠盐即EDTA水溶液作为络合剂，质量浓度控制在 0? 02%?0? 5% ; (5) 通入氮气10?50min ; (6) 将反应容器置于紫外灯下，20-25°C下照射20?120min，熟化30?120min后得到 胶乳状产物； (7) 将一定量的丙酮缓慢倒入胶乳状产物中，进行脱乳处理； (8) 最后将脱乳后的产物用无水乙醇洗涤，再进行干燥后粉碎成粉状固体即得产品。
2. 根据权利要求1所述的紫外引发制备阳离子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于：所述 植物油为花生油、豆油或菜籽油。
3. 根据权利要求1所述的紫外引发制备阳离子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于所述纳 米Si02粒子分散液的制备方法为：将纳米Si02超声分散2. 0小时，然后在碱性条件下控制 正硅酸四乙酯水解，即可得到表面具有可聚官能团的纳米Si02粒子分散液。
4. 根据权利要求1所述的紫外引发制备阳离子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于：所述 氧化-还原引发剂中的氧化剂为过氧化氢、过氧化钠、过氧化钙、氧化二苯甲酰或过氧化二 月桂酰中的一种或两种以上的混合物；还原剂为N，N-二丙基-1-丙胺，N，N-二甲基苯胺、 环烷酸钴、环烷酸锰、环烷酸钙、甲硫醇、乙硫醇、辅酶A及有机金属化合物中的一种或两种 以上的混合物。
5. 根据权利要求1所述的紫外引发制备阳离子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于：所述 步骤（2)中，纳米Si02*散液中的纳米Si02，二甲基二烯丙基氯化铵单体和丙烯酰胺单体 的摩尔比为10?80 :10?80 :80?10。
6. 根据权利要求1所述的紫外引发制备阳离子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于：所述 步骤（6)的紫外灯为高压汞灯，其功率为100?2000?，波长为220nm?2000nm，主波长为 365nm〇
7. 权利要求1至6任一项所述方法制备的阳离子聚丙烯酰胺在去除水环境中的Cr6+离 子、Hg2+离子的应用。
【文档编号】C08F2/48GK104403064SQ201410763382
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月11日 优先权日:2014年12月11日
【发明者】张鹏, 任伯帜, 张艳君, 朱国成, 张伟, 丁文杰 申请人:湖南科技大学