申请日2019.02.18
公开(公告)日2019.06.18
IPC分类号C08F292/00; C08F220/56; C08F222/14; C08F226/10; C08F2/38; C02F11/148; C02F103/28
摘要
本发明提供了一种丙烯酰胺共聚乳液及其在污泥脱水与造纸工业上的应用，并发明本先利用钡铁氧体和预处理磷铝石制备得到一种复合材料，然后将该复合材料与N‑乙烯基吡咯烷酮、二甲基丙烯酸乙二醇酯、丙烯酰胺单体、α‑萘胺单体等进行聚合反应，得到一种丰富接枝化的丙烯酰胺共聚乳液，形成三维网状结构，末端官能团丰富，可于污水中产生离子交换、氢键等作用以实现絮凝，并具有丰富的孔隙结构，污泥脱水效果优异。
权利要求书
1.一种丙烯酰胺共聚乳液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)钡铁氧体的制备：将硝酸钡、九水合硝酸铁溶于水中，加入一水合柠檬酸，搅拌均匀，缓慢滴加浓氨水，调节pH=7，超声波振荡30～40分钟，60～70℃搅拌加热2～3小时，干燥，煅烧，得到钡铁氧体;
(2)复合材料的制备：磷铝石依次经盐酸溶液、硝酸溶液和氢氧化钠溶液处理，去离子水洗涤至中性，微波处理，得预处理磷铝石，然后将预处理磷铝石与步骤(1)所得钡铁氧体以质量比1:0.1～0.2一并加入5～8倍总重量的无水乙醇中，超声波分散1～2小时，球磨，旋蒸除去乙醇，得到复合材料;
(3)丙烯酰胺共聚乳液的制备：在冰水浴条件下，将步骤(2)所得复合材料加入N-乙烯基吡咯烷酮中，搅拌并通氮气15～25分钟，之后加入二甲基丙烯酸乙二醇酯、丙烯酰胺单体、α-萘胺单体和链转移剂，然后超声波振荡30～40分钟，滴加引发剂溶液，0～5℃搅拌反应8～10小时后水浴加热至40～50℃，继续搅拌反应3～5小时，即得所述丙烯酰胺共聚乳液的制备。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，硝酸钡、九水合硝酸铁、一水合柠檬酸的摩尔比为1：10：1，水的用量为硝酸钡重量的30～40倍。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，煅烧的工艺条件为：研磨，置于马弗炉中450～500℃煅烧1～2小时，升温至600～700℃，煅烧3～4小时。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，微波处理的工艺条件为：500～800W微波处理5～10分钟。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，球磨的工艺条件为：500～600rpm球磨处理5～6小时。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，复合材料、N-乙烯基吡咯烷酮、二甲基丙烯酸乙二醇酯、丙烯酰胺单体、α-萘胺单体、链转移剂的质量比约为1：8～10：6～8：25～30：10～12：1～2。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述引发剂溶液为过硫酸铵的盐酸溶液，是将过硫酸铵溶解于0.15mol/L盐酸溶液中而得，其中所含过硫酸铵占丙烯酰胺单体重量的0.8～1%，过硫酸铵与盐酸溶液的质量体积比为1g：20mL。
8.利用权利要求1～7中任一项所述制备方法得到的一种丙烯酰胺共聚乳液。
9.权利要求8所述一种丙烯酰胺共聚乳液在污泥脱水中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，一种丙烯酰胺共聚乳液在造纸工业污泥脱水中的应用。
说明书
一种丙烯酰胺共聚乳液及其在污泥脱水与造纸工业上的应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种丙烯酰胺共聚乳液及其在污泥脱水与造纸工业上的应用。
背景技术
造纸业是我国重要工业产业之一，造纸程序通常包括制浆、调制、抄造、加工这几个步骤，其中，在制浆和抄造步骤会产生大量造纸污水，从而带来严重污染。造纸 污水危害极大，污染物浓度高，BOD(生物耗氧物)高，含有大量纤维、无机盐和色素等。
絮凝剂沉淀是一种非常常见的污水处理方法，可以直接向污水中加入絮凝剂，从而有效去除废水中的悬浮物、溶解性的化学耗氧物以及生物耗氧物，从而达到污水处理效果。絮凝剂沉淀后产生污泥，污泥中通常含有大量有毒有害物质，比如细菌、寄生虫、重金属等，还有大量会对水体造成污染的植物营养素(氮、磷、钾等)、有机物等。污泥形态特殊，颗粒小，多呈絮状及胶状，密度小，含水量高且不易脱水，稳定性差容易腐化发臭，若不及时处理会造成严重环境污染。
通常污泥中水分含量高达95～97%，这导致污泥的后续处理非常困难，因此，污泥处理前进行脱水处理是必不可少的。目前最常用的方法是通过投加高分子污泥脱水剂进行污泥调质脱水。
高分子污泥脱水剂的主要特征是高分子骨架上带有-COO-、-CONH2、-NH-等活性基团，它们所产生的氢键吸附作用，将许多污泥小颗粒吸附起来，形成更大的颗粒，从而实现污泥和水的较好分离。我国污水处理厂使用的污泥脱水剂多为有机阳离子高分子絮凝剂，比如丙烯酰胺的共聚物或改性物，主要是利用二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯酰胺共聚、利用甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和丙烯酰胺共聚两种。
现有的高分子污泥脱水剂生产工艺得到的聚合物，污泥脱水效果欠佳，限制了应用领域。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种丙烯酰胺共聚乳液及其在污泥脱水与造纸工业上的应用，污泥脱水效果好，特别是针对造纸工业污泥脱水效果好。
为实现上述目的，本发明是通过如下方案实现的：
一种丙烯酰胺共聚乳液的制备方法，具体步骤如下：
(1)将硝酸钡、九水合硝酸铁溶于水中，加入一水合柠檬酸，搅拌均匀，缓慢滴加浓氨水，调节pH=7，超声波振荡30～40分钟，60～70℃搅拌加热2～3小时，干燥，煅烧，得到钡铁氧体;
(2)磷铝石依次经盐酸溶液、硝酸溶液和氢氧化钠溶液处理，去离子水洗涤至中性，微波处理，得预处理磷铝石，然后将预处理磷铝石与步骤(1)所得钡铁氧体以质量比1:0.1～0.2一并加入5～8倍总重量的无水乙醇中，超声波分散1～2小时，球磨，旋蒸除去乙醇，得到复合材料;
(3)冰水浴条件下，将步骤(2)所得复合材料加入N-乙烯基吡咯烷酮中，搅拌并通氮气15～25分钟，加入二甲基丙烯酸乙二醇酯、丙烯酰胺单体、α-萘胺单体和链转移剂，超声波振荡30～40分钟，滴加引发剂溶液，0～5℃搅拌反应8～10小时，水浴加热至40～50℃，继续搅拌反应3～5小时，即得。
优选的，步骤(1)中，硝酸钡、九水合硝酸铁、一水合柠檬酸的摩尔比为1：10：1，水的用量为硝酸钡重量的30～40倍。
优选的，步骤(1)中，干燥的工艺条件为：110～120℃真空干燥3～4小时。
优选的，步骤(1)中，煅烧的工艺条件为：研磨，置于马弗炉中450～500℃煅烧1～2小时，升温至600～700℃，煅烧3～4小时。
优选的，步骤(2)中，磷铝石分别利用盐酸溶液、硝酸溶液和氢氧化钠溶液浸泡1小时。
优选的，步骤(2)中，盐酸溶液的质量浓度为50%，硝酸溶液的质量浓度为50%，氢氧化钠溶液的浓度为1mol/L。
优选的，步骤(2)中，微波处理的工艺条件为：500～800W微波处理5～10分钟。
优选的，步骤(2)中，球磨的工艺条件为：500～600rpm球磨处理5～6小时。
优选的，步骤(3)中，复合材料、N-乙烯基吡咯烷酮、二甲基丙烯酸乙二醇酯、丙烯酰胺单体、α-萘胺单体、链转移剂的质量比为1：8～10：6～8：25～30：10～12：1～2。
优选的，步骤(3)中，搅拌速度为10000～12000转/分钟。
优选的，步骤(3)中，所述链转移剂包括2-氰基异丙基二硫代苯甲酸酯和(2-(乙酰氧基)甲基)黄原酸基苯甲酸，两者摩尔比为1：1.2～1.5。
优选的，步骤(3)中，所述引发剂溶液的滴加速度为20～25秒/滴。
优选的，步骤(3)中，所述引发剂溶液为过硫酸铵的盐酸溶液，是将过硫酸铵溶解于0.15mol/L盐酸溶液中而得，其中所含过硫酸铵占丙烯酰胺单体重量的0.8～1%，过硫酸铵与盐酸溶液的质量体积比为1g：20mL。
利用上述制备方法得到的一种丙烯酰胺共聚乳液。
上述一种丙烯酰胺共聚乳液在污泥脱水中的应用。
优选的，上述一种丙烯酰胺共聚乳液在造纸工业污泥脱水中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明先利用钡铁氧体和预处理磷铝石制备得到一种复合材料，然后将该复合材料与N-乙烯基吡咯烷酮、二甲基丙烯酸乙二醇酯、丙烯酰胺单体、α-萘胺单体等进行聚合反应，得到一种丰富接枝化的丙烯酰胺共聚乳液，所制备的乳液形成三维网状结构，末端官能团丰富，可于污水中产生离子交换、氢键等作用以实现絮凝，并具有丰富的孔隙结构，污泥脱水效果优异。
(2)本发明的钡铁氧体是以硝酸钡、九水合硝酸铁为原料制成，先加入一水合柠檬酸，搅拌后调节pH值进行加热反应，形成凝胶化的中间产物，煅烧后进一步蓬松化，结构疏松多孔，接枝化后辅助起到吸附作用，增强污泥脱水效果;
磷铝石经酸碱处理和微波处理后，可以起到活化作用，内部重构，形成均匀的细小孔隙，然后与钡铁氧体交叉对接形成笼状结构，起到良好的吸附作用，从而实现污泥脱水;
除了复合材料，本发明还引入了N-乙烯基吡咯烷酮、二甲基丙烯酸乙二醇酯和α-萘胺单体等进行接枝化，旨在进一步丰富官能团，提高反应性能，进而增强污泥脱水效果。
