一种聚丙烯酰胺复合絮凝剂及其制备方法

聚丙烯酰胺(PAM)是最常用的有机高分子絮凝剂之一，近年来在水处理中得到广泛应用，其用量少，由于大分子的桥联卷扫作用，其絮凝速度快，受pH值及温度影响小，但其价格较贵，成本较高。无机高分子絮凝剂是一类以金属离子为中心体、无机阴离子为平衡离子的单核和多核配位化合物的总称，通过强烈吸引胶体微粒，通过黏附、架桥、交联和中和作用促进胶体凝聚脱稳，具有比传统药剂适应性强、无毒，并可成倍提高效能而相对价廉等优点，近年得到迅速发展和广泛使用。但与有机高分子絮凝剂相比，在聚合度及絮凝效果方面较差，投加量大、生成絮体小。将两种絮凝剂复配使用，利用无机絮凝剂的高正电荷密度和有机高分子絮凝剂的桥连作用，两者产生协同效应，从而提高絮凝处理能力，絮凝效果优于单独使用絮凝剂的效果，具有投加量少、絮体形成快、价格便宜等优点，广泛用于造纸业废水、印染废水、工业污水和污泥脱水等水处理净化领域。
聚丙烯酰胺复合絮凝剂由以下重量份数组分原位合成：
其中；
无机高分子絮凝剂选自聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合磷酸铝、聚合硅酸铝、聚合氯化铝铁或聚合硅酸铝铁中的一种或多种。
引发剂选自硝酸铈铵、过硫酸铵、过硫酸钾或亚硫酸氢钠中的一种或多种。
含烯键的硅烷偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基-三(β-甲氧基乙氧基)硅烷或γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
丙烯酰氧乙基二甲基长链烷基溴化铵分子式为：
式中m＝5～15。
本发明还提供了上述复合絮凝剂的制备方法：
包括以下步骤：
无机高分子絮凝剂表面处理步骤：
将5-500份无机高分子絮凝剂分散在50～10000份、体积比为6/1的乙醇/水混合液中，于60℃搅拌1小时，然后加入0.05～20份含烯键的硅烷偶联剂，继续搅拌3小时，产物抽滤并清洗2次后于80℃真空干燥；
聚丙烯酰胺原位复合絮凝剂的制备：
将5～500份经表面处理无机高分子絮凝剂分散于100～5000份水中进行超声分散5min，超声波功率为200W，得到无机高分子絮凝剂分散溶液；将100份丙烯酰胺、1～20份丙烯酰氧乙基二甲基长链烷基溴化铵溶于水配制成10～40％质量浓度的溶液，滴加制备的无机高分子絮凝剂分散溶液10～500份，升温至40～80℃，通N2，加入引发剂0.05～3份，搅拌均匀并反应3～6h；将产物冷却至室温，用丙酮沉淀洗涤，于40℃真空干燥6h，获得聚丙烯酰胺原位复合絮凝剂；
上述各原料份数为重量份数。
本发明具有如下特点：在丙烯酰胺分子中引入阳离子柔性长支链结构，通过其长支链形成物理缠结网络结构更好发挥架桥网捕作用，其阳离子对带有负电荷的污物能更好发挥表面电荷中和作用；将具有吸附架桥能力和离子中和能力的无机高分子絮凝剂与阳离子聚丙烯酰胺复合，采用反应型偶联剂修饰无机高分子絮凝剂表面，通过偶联剂分子参与丙烯酰胺聚合反应将无机高分子絮凝剂分子接枝于聚丙烯酰胺分子上，增强无机高分子絮凝剂与聚丙烯酰胺分子的界面作用及对污水中污物的吸附、中和、卷扫网捕作用，降低成本，实现污水协同高效絮凝作用。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述发明的内容作出的一些非本质的改进和调整也属于本发明保护的范围。
实施例1
将20g聚合氯化铝分散在1000mL、体积比为6/1的乙醇/水混合液中，于60℃搅拌1小时，然后加入2g乙烯基三乙氧基硅烷，继续搅拌3小时，产物抽滤并清洗2次后于80℃真空干燥；
将10g表面处理聚合氯化铝分散于200mL水中进行超声分散5min，超声波功率为200W；将100g丙烯酰胺、5g丙烯酰氧乙基二甲基己基溴化铵溶于水配制成30％质量浓度的溶液，滴加聚合氯化铝分散溶液100mL，升温至50℃，通N2，加入引发剂0.1g，搅拌均匀，反应4h；将产物冷却至室温，用丙酮沉淀洗涤，于40℃真空干燥6h，获得聚丙烯酰胺原位复合絮凝剂。
实施例2
将40g聚合硅酸铝分散在3000mL、体积比为6/1的乙醇/水混合液中，于60℃搅拌1小时，然后加入8g乙烯基-三(β-甲氧基乙氧基)硅烷，继续搅拌3小时，产物抽滤并清洗2次后于80℃真空干燥；
将20g表面处理聚合硅酸铝分散于1000mL水中进行超声分散5min，超声波功率为200W；将100g丙烯酰胺、10g丙烯酰氧乙基二甲基十二烷基溴化铵溶于水配制成20％质量浓度的溶液，滴加聚合硅酸铝分散溶液200mL，升温至60℃，通N2，加入引发剂0.5g，搅拌均匀，反应5h；将产物冷却至室温，用丙酮沉淀洗涤，于40℃真空干燥6h，获得聚丙烯酰胺原位复合絮凝剂。
实施例3
将60g聚合氯化铝铁分散在2000mL、体积比为6/1的乙醇/水混合液中，于60℃搅拌1小时，然后加入16gγ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷，继续搅拌3小时，产物抽滤并清洗2次后于80℃真空干燥；
将40g表面处理聚合氯化铝铁分散于2000mL水中进行超声分散5min，超声波功率为200W。将100g丙烯酰胺、15g丙烯酰氧乙基二甲基十四烷基溴化铵溶于水配制成35％质量浓度的溶液，滴加聚合氯化铝铁分散溶液400mL，升温至80℃，通N2，加入引发剂1.2g，搅拌均匀，反应6h；将产物冷却至室温，用丙酮沉淀洗涤，于40℃真空干燥6h，获得聚丙烯酰胺原位复合絮凝剂。