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聚丙烯酰胺絮凝剂是一种线型高分子聚合物，产品主要分为干粉和胶体两种形式,含量较高时，溶液含有许多链-链接触点，使高聚物溶液呈凝胶状,粘合性：能通过机械的、物理的、化学的作用，起粘合作用,温度改变对高聚物溶液粘度的影响是显著的,有时需求加快溶解速度，这时可思索进步聚丙烯酰胺溶液的浓度,增稠性：PAM在中性和酸条件下均有增稠作用，当PH值在10以上PAM易水解,聚丙烯酰胺溶液的粘度主要反映了液体分子之间因流动或相对运动所产生的内摩擦阻力,由于聚合氯化铝PAC反应时间很短，所以加入后需要强烈的混合，PAM作用时间要长，混合注意先强后弱先强是为了混合均匀后弱是为了避免破坏絮体,聚丙烯酰胺(PAM)是丙烯酰胺均聚物或与其他单体共聚而得聚合物的统称，是水溶性高分子中应用较广泛的品种之一,聚丙烯酰胺（PAM）不溶于大多数有机溶剂，如甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、脂肪烃和芳香烃，有少数很性有机溶剂除外，如乙酸、丙烯酸、、乙二醇、甘油、熔融尿素和甲酰胺，进步聚丙烯酰胺分子量或者选择适宜的分子构造有助于进步絮团稳定性,聚丙烯酰胺是一种线型高分子聚合物，产品主要分为干粉和胶体两种形式,强酸、强碱、高含盐的水不适于用来配制,有机溶剂的溶解性有限，往往需要加热，否则无多大应用价值,溶解颗粒状聚合物的水应该是干净（如自来水），不能是污水,按其平均分子量可分为低分子量(100万)、中分子量(200~400万)和高分子量(700万)三类,呈半网状结构时，增稠将更明显,因此，高聚物相对分子质量越大，分子间越易形成链缠结，溶液的粘度越大,水温提高溶解速度加快，但40℃以上会使聚合物加快降解，影响使用效果,含量相当低时，聚合物溶液可视为网状结构，链间机械缠结和氢键共同形成网的节点，一般自来水都适合于配制聚合物溶液,由于聚合氯化铝PAC反应时间很短，所以加入后需要强烈的混合，PAM作用时间要长，混合注意先强后弱先强是为了混合均匀后弱是为了避免破坏絮体,聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺（AM）单体经自由基引发聚合而成的水溶性线性高分子聚合物，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的摩擦阻力，按离子特性分可分为非离子、阴离子、阳离子和两性型四种类型,使用前需先将它溶解于水，用其水溶液去处理污水,聚丙烯酰胺溶液的粘度主要反映了液体分子之间因流动或相对运动所产生的内摩擦阻力，聚合物溶液浓度的选择，建议为0.1%-0.3%，即1升水中加1g-3g聚合物粉剂,聚丙烯酰胺分子链中阳离子基团相对于阴离子基团数目较多，净电荷较多，很性较大，而H20是很性分子，根据相似相溶原理，聚合物水溶性较好，特性黏度较大；随着矿物质含量的增加，正的静电荷部分被阴离子包围形成离子氛，从而与周围正的静电荷结合，聚合物溶液很性减小，黏度减小；矿物质浓度继续增加，正、负离子基团形成分子内或分子间氢键的缔合作用(导致聚合物在水中的溶解性下降)，同时加入的盐离子通过屏蔽正、负电荷，拆散正、负离子间缔合而使已形成的盐键受到破坏(导致聚合物在水中的溶解性增大)，这两种作用相互竞争，使得聚合物溶液在较高的盐浓度(0.06mol/L)下粘度保持较小,由于聚丙烯酰胺结构单元中含有酰胺基、易形成氢键、使其具有良好的水溶性和很高的化学活性，易通过接枝或交联*支链或网状结构的多种改性物，在石油开采、水处理、纺织、造纸、选矿、医药、农业等行业中具有广泛的应用，有百业助剂之称,含量相当低时，聚合物溶液可视为网状结构，链间机械缠结和氢键共同形成网的节点,使用前需先将它溶解于水，用其水溶液去处理污水,聚丙烯酰胺溶液粘度随水解时间的延长而改变，水解时间短，粘度较小，这可能是由于高聚物还来不及形成网状结构所致；水解时间过长，粘度下降，这是聚丙烯酰胺在溶液中结构发生松解所致。
本发明涉及一种阳离子聚脒絮凝剂及其制备方法。该阳离子聚脒絮凝剂以N-乙烯基甲酰胺和丙烯腈为原料，通过聚合和脒化两个阶段制得，在水处理过程中用于污泥脱水处理。本发明具有分子量高、阳离子度高、稳定性好等特点，且与现有的高分子絮凝剂相比，以阳离子聚丙烯酰胺为例，本发明在提高污泥脱水速度方面具有更佳的效果。可广泛应用于城市生活污水，开采、造纸、印染、日用化工等废水处理过程中产生的污泥处理。 权利要求书 1.一种阳离子聚脒絮凝剂，该阳离子聚脒絮凝剂阳离子度为5～15μmol/g，溶解在1.0g/L的聚脒溶液中的相对粘度为1.0～3.0，该絮凝剂是由N-乙烯基甲酰胺与丙烯腈聚合反应而成，该絮凝剂具有带有正电荷的重复脒化结构单元，重复的五元环结构脒基团的结构通式为： 其中，n为50～1000;X为-Cl或-HSO4。 2.权利要求1所述的阳离子聚脒絮凝剂的制备方法，包括步骤如下： (1)量取N-乙烯基甲酰胺，加入N-乙烯基甲酰胺10～12倍体积的超纯水，置于20～30℃恒温水浴中，搅拌通氮气10～20min除氧; (2)保持恒温，向步骤(1)制得的体系中滴加引发剂亚硫酸氢钠和过硫酸铵，亚硫酸氢钠的加入量为N-乙烯基甲酰胺质量的0.1%～0.3%，过硫酸铵的加入量为N-乙烯基甲酰胺质量的0.01%～0.05%; (3)保持恒温，向步骤(2)制得的体系中滴加丙烯腈，3～10min滴加完，搅拌通氮气5～10min除氧，所述丙烯腈的加入量与N-乙烯基甲酰胺的摩尔比为:(0.8～1.2):1; (4)将水浴温度逐渐升温至40～50℃，恒温水浴反应4～5h，再将水浴温度升温至60～70℃，恒温水浴反应1～2h，所述的升温速率为1～3℃/min，得到聚合中间产物; (5)向步骤(4)制得的聚合中间产物加入浓盐酸和超纯水，然后置于105℃～110℃的油浴中，不断搅拌，恒温反应3～4h，得淡黄色脒化聚合产物溶液，所述浓盐酸与N-乙烯基甲酰胺摩尔比为2～3:1，超纯水的加入量为N-乙烯基甲酰胺体积的4～8倍; (6)淡黄色脒化聚合产物溶液冷却至室温，将淡黄色脒化聚合产物溶液倒入丙酮中进行萃取，丙酮的加入量为淡黄色脒化聚合产物溶液体积的2～6倍，过滤得萃取产物，萃取产物在40～60℃下真空干燥24h，得淡黄色阳离子聚脒絮凝剂。 3.根据权利要求1所述的阳离子聚脒絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，超纯水的加入量为N-乙烯基甲酰胺体积的10倍。 4.根据权利要求1所述的阳离子聚脒絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述的亚硫酸氢钠的质量浓度为5～10wt%，所述的过硫酸铵的质量浓度为1～5wt%。 5.根据权利要求1所述的阳离子聚脒絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，引发剂亚硫酸氢钠的加入量为N-乙烯基甲酰胺质量的0.13%～0.16%，过硫酸铵的加入量为N-乙烯基甲酰胺质量的0.02%～0.04%。 6.根据权利要求1所述的阳离子聚脒絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述丙烯腈的加入量与N-乙烯基甲酰胺的摩尔比为:(1.0～1.1):1。 7.根据权利要求1所述的阳离子聚脒絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述浓盐酸与N-乙烯基甲酰胺摩尔比为2.5～2.8:1，超纯水的加入量为N-乙烯基甲酰胺体积的6～7倍。 8.根据权利要求1所述的阳离子聚脒絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，丙酮的加入量为淡黄色脒化聚合产物溶液体积的4～5倍。 9.一种权利要求1所述的阳离子聚脒絮凝剂的应用，方法如下: 在污泥脱水过程中，先将待处理污泥以150-200r/min的转速快速搅拌20-30s，混合均匀与后加入浓度1g/L的阳离子聚脒絮凝剂溶液，阳离子聚脒絮凝剂溶液的投加体积与污泥体积比为1:15～50，继续以150-200r/min的转速快速搅拌5～10min，然后以30-50r/min的转速搅拌15～20min，静置沉淀30min后，进行机械脱水。 说明书 一种阳离子聚脒絮凝剂及其制备方法 技术领域 本发明涉及一种阳离子聚脒絮凝剂及其制备方法，属于环境化学水处理技术领域。 背景技术 随着经济社会的快速发展以及水处理覆盖率的增加，城市污水处理厂每天都会产生大量的剩余污泥。污泥是含水(95%～99.5%)丰富的带负电荷的粒子群，污泥处理是整个废水处理中重要的环节之一，为了提高污泥的固含量，污泥经常需要经过脱水处理，以降低污泥含水率，减少污泥的质量和体积，以便于进一步处理。污泥脱水的关键是改善污泥的脱水性能，迄今为止，污泥脱水比较有效的方法是使用阳离子絮凝剂，该法不但污泥产量少且后续的机械脱水更容易，对提高污水处理效果和废水回用具有重要的作用。我国目前阳离子型絮凝剂的产量仅占合成絮凝剂总量的不到10%，而且大多数是产品质量较差，阳离子度不高，与国外相对分子质量大于1000万的阳离子型聚丙烯酰胺相比差距甚大，目前，绝大多数城市污水处理厂在进行污泥调质时均采用阳离子絮凝剂，实践表明此类药剂能达到较好的絮凝效果。然而随着工业的发展和人民生活水平的提高，污泥中有机成分逐渐增加，使得污泥脱水处理更为困难，单一的阳离子絮凝剂已不能满足污泥脱水的要求。 聚脒作为一种新颖的阳离子絮凝剂，电荷密度高，粘度大等优点，在污泥脱水中有着重要作用，国外学者对其已经有一些研究。目前国外已经在造纸和污水处理等行业得到应用，但是国内鲜有对该类聚合物研究的报道。 中国文献CN5B(号：8.3)公开了一种环型脒基高分子絮凝剂及其制备方法，环型脒基高分子絮凝剂具有特性粘度大、电荷密度高、水溶性好等特点，是由丙烯酰胺功能单体和丙烯腈通过自由基聚合而成，其结构通式为： 其中：聚合度m为100～6000，聚合度n为100～1000;X为-Cl或-HSO4;Y为-CN、-NH2、-CONH2、-NHCHO和-COOH取代基中的一种。该絮凝剂在处理油田废水方面具有一定的效果，但存在制备方法繁琐，温度条件难控等缺点。 发明内容 针对现有技术的不足，本发明提供一种阳离子聚脒絮凝剂及其制备方法。该絮凝剂具有重复的五元环结构脒基团，粘性大,易溶于水，具有较高的电荷密度，且制备方法简单易行。 本发明的技术方案如下： 一种阳离子聚脒絮凝剂，该阳离子聚脒絮凝剂阳离子度为5～15μmol/g，溶解在1.0g/L的聚脒溶液中的相对粘度为1.0～3.0，该絮凝剂是由N-乙烯基甲酰胺与丙烯腈聚合反应而成，该絮凝剂具有带有正电荷的重复脒化结构单元，重复的五元环结构脒基团的结构通式为： 其中，n为50～1000;X为-Cl或-HSO4。 一种阳离子聚脒絮凝剂的制备方法，包括步骤如下： (1)量取N-乙烯基甲酰胺，加入N-乙烯基甲酰胺10～12倍体积的超纯水，置于20～30℃恒温水浴中，搅拌通氮气10～20min除氧; (2)保持恒温，向步骤(1)制得的体系中滴加引发剂亚硫酸氢钠和过硫酸铵，亚硫酸氢钠的加入量为N-乙烯基甲酰胺质量的0.1%～0.3%，过硫酸铵的加入量为N-乙烯基甲酰胺质量的0.01%～0.05%; (3)保持恒温，向步骤(2)制得的体系中滴加丙烯腈，3～10min滴加完，搅拌通氮气5～10min除氧，所述丙烯腈的加入量与N-乙烯基甲酰胺的摩尔比为:(0.8～1.2):1; (4)将水浴温度逐渐升温至40～50℃，恒温水浴反应4～5h，再将水浴温度升温至60～70℃，恒温水浴反应1～2h，所述的升温速率为1～3℃/min，得到聚合中间产物; (5)向步骤(4)制得的聚合中间产物加入浓盐酸和超纯水，然后置于105℃～110℃的油浴中，不断搅拌，恒温反应3～4h，得淡黄色脒化聚合产物溶液，所述浓盐酸与N-乙烯基甲酰胺摩尔比为2～3:1，超纯水的加入量为N-乙烯基甲酰胺体积的4～8倍; (6)淡黄色脒化聚合产物溶液冷却至室温，将淡黄色脒化聚合产物溶液倒入丙酮中进行萃取，丙酮的加入量为淡黄色脒化聚合产物溶液体积的2～6倍，过滤得萃取产物，萃取产物在40～60℃下真空干燥24h，得淡黄色阳离子聚脒絮凝剂。 上述步骤(1)-步骤(4)N-乙烯基甲酰胺与丙烯腈实现聚合反应，步骤(5)-步骤(6)进行脒化。 本发明优选的，上述步骤(1)中，超纯水的加入量为N-乙烯基甲酰胺体积的10倍。 本发明优选的，所述的亚硫酸氢钠的质量浓度为5～10wt%，所述的过硫酸铵的质量浓度为1～5wt%。 本发明优选的，上述步骤(2)中，引发剂亚硫酸氢钠的加入量为N-乙烯基甲酰胺质量的0.13%～0.16%，过硫酸铵的加入量为N-乙烯基甲酰胺质量的0.02%～0.04%。 本发明优选的，上述步骤(3)中，所述丙烯腈的加入量与N-乙烯基甲酰胺的摩尔比为:(1.0～1.1):1。 本发明优选的，上述步骤(5)中，所述浓盐酸与N-乙烯基甲酰胺摩尔比为2.5～2.8:1，超纯水的加入量为N-乙烯基甲酰胺体积的6～7倍。 本发明优选的，上述步骤(6)中，丙酮的加入量为淡黄色脒化聚合产物溶液体积的4～5倍。 上述阳离子聚脒絮凝剂的应用，方法如下: 在污泥脱水过程中，先将待处理污泥以150-200r/min的转速快速搅拌20-30s，混合均匀与后加入浓度1g/L的阳离子聚脒絮凝剂溶液，阳离子聚脒絮凝剂溶液的投加体积与污泥体积比为1:15～50，继续以150-200r/min的转速快速搅拌5～10min，然后以30-50r/min的转速搅拌15～20min，静置沉淀30min后，进行机械脱水。 通过本发明的阳离子聚脒絮凝剂溶液进水污泥脱水后，污泥的含水率可降低77%，具有较好的脱水效果。 本发明的技术特点：本发明的聚脒絮凝剂具有带有正电荷的重复脒化结构单元，其溶剂具有正电性，污泥颗粒表面多为负电荷，当其与污泥混合后，正负电荷发生中和，使胶体颗粒脱稳，一些较小颗粒通过相互吸附拖带增加了自身质量，形成较大颗粒，另外，高分子絮凝剂与胶体或其他颗粒相接触时，这些絮凝剂分子上的带电基团会吸附在胶体或其他颗粒上，高分子絮凝剂分子上的其他基团还会继续吸附其他颗粒，胶体和其他颗粒的不断聚集使得形成越来越大的污泥絮体，从而加速污泥的沉降。 本发明与现有高分子絮凝剂相比，有如下优良效果： 本发明具有分子量高、阳离子度高、稳定性好等特点，且与现有的高分子絮凝剂相比，以阳离子聚丙烯酰胺为例，本发明在提高污泥脱水速度方面具有更佳的效果。
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