改性天然高分子与无机高分子复配絮凝剂PMC的研制

有机高分子和无机高分子作为絮凝剂在饮水净化和污水处理中，一直在发挥其电中和、压缩双电层、吸附、架桥、絮凝等作用，从而达到水质净化的目的。怎样将二者协效复配，取长补短，提高混凝效果，确保产品效果好、成本低、环保无毒，是当今水处理工作者普遍关心的课题。由于无机高分子与有机高分子的结构不相似，溶解度参数相差较大，结晶度不同等原因，两者相溶性差，复配的难度相当大。本文首先对天然高分子淀粉进行化学改性，制得SX-3絮凝剂，又利用硅酸钠与氯化铝制备了无机高分子絮凝剂PA-SIC，并成功地将其酸化络合，制取了PMC复合型絮凝剂。对油田、造纸厂等各种污水进行了混凝实验，絮凝效果十分理想。 1 PMC的制备 1.1 SX-3的制备 将一定量的淀粉与丙烯酰胺加水溶解后置于250mL四口烧瓶中，通氮10min后加入引发剂，在一定温度下，搅拌，反应一定时间，至出现倒轴现象停止反应，得到一步反应产物。将一步反应产物与甲醛、二甲胺按一定比例混合，加入三口烧瓶中，升温至一定温度，搅拌反应，得到二步反应产物。将二步反应产物与环氧氯丙烷在40～60℃的温度下反应2～3h得到最终产物SX-3。 1.2 PASIC的制备 将硅酸钠固体稀释，然后用盐酸酸化，调节pH值，与氯化铝按一定摩尔比混合，加水调节二氧化硅的百分含量。将混合液移入置于恒温水浴的三口烧瓶中，搅拌聚合，制得PASIC溶液。 1.3 复配及原理 将聚电解质SX-3用盐酸酸化，使其大分子链扩展，具有较好的混溶性，并在一定温度和搅拌的条件下，将PASIC慢慢加入，使其不断溶解在SX-3中，形成稳定的PMC溶液。 PASIC是含有羟基并与活性硅酸分子络合的铝盐聚合物。在该聚合物中Al3+为八面体结构，有3个顶点络合水分子。在水解聚合时，络合的水分子被羟基和硅酸根取代，通过顶点或棱线的共有而互相联结起来，形成无机多核高分子络合物。而SX-3是以淀粉接枝丙烯酰胺为高分子主链，将分子中的-NH2经过羟甲基化和季铵化引入可变官能团和高密度电荷，所合成的聚合物中经红外光谱分析含有-NH2，-NH-，-CH2，-OH等官能团。它的水溶性很好，与PASIC络合形成巨大的多核络合物从而大大提高了整体的絮凝能力。 2 工艺过程 PMC的制备工艺过程如图所示。 3 应　用 用PMC、SX-3、PASIC、PAC分别处理油田废水及造纸厂污水，其处理结果如表1、2所示。 由表1、2可知，复配型絮凝剂PMC对油田污水及造纸厂污水的处理效果要远远好于SX-3、PASIC以及PAC单独使用的处理效果。PAC是无机高分子絮凝剂，它的分子链不长，吸附架桥能力较弱，依靠水解产生的多核羟基络合物絮体的吸附，交联网捕的作用实现絮凝，效果较差；而硅酸复合而成的一类新型的无机高分子絮凝剂。由于活化硅酸的引入，使得PASIC的分子质量比PAC高出2个数量级，吸附架桥能力大大增强，活化硅酸的引入同时增强了PASIC的除浊脱色效果，使得PASIC的絮凝效果高于PAC。SX-3絮凝剂本身具有淀粉半刚性骨架和聚丙烯酰胺柔性支链及叔胺基和季铵基团，分子量达到800万以上，具有非离子、弱阳离子、强阳离子的多种功能。利用带多种电荷的刚柔相济的网状链大分子进行中和吸附架桥来完成絮凝过程。因而相对于两种无机高分子絮凝剂PASIC和PAC来说，絮凝能力强的多。PMC是PASIC与SX-3的复合型大分子络合物，利用PASIC的絮凝与助凝作用增强了SX-3的吸附架桥作用，取得了更为理想的絮凝效果。 4 结　论 (1)由硅酸钠和氯化铝聚合得到的无机高分子PASIC与以来源丰富、价格低廉的淀粉为基材的天然高分子改性季铵盐型絮凝剂SX-3复配而得到的PMC，是一种高效环保絮凝剂，它具有高效絮凝、稳定性好、耗药量低、无毒无味、可降解无二次污染等特点，无论从性能上还是价格上都优于同类产品，因此受到众多企业的青睐。 (2)对油田废水的COD去除率为93.2%、浊度去除率为99.8%、油度去除率为99.8%，造纸厂污水的COD去除率为99.2%、浊度去除率为80.4%。 (3)PMC的生产工艺简单，原料易得，反应条件温和，生产周期短，无须特殊设备。 (4)该产品应用广泛，在饮用水和废水处理的过程中均可应用。特别是对难以处理的以负电荷为主的油田废水和造纸厂污水具有极好的处理效果。