概述[1]
絮凝劑(Flocculation)又稱沉降劑，是一類可使液體中不易沉降的固體懸浮微粒達(dá)到凝聚、沉淀目的的物質(zhì)，它在廢水處理、發(fā)酵工業(yè)后處理、食品加工、土木疏浚工程等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。高分子絮凝劑相對(duì)于無機(jī)絮凝劑，具有分子質(zhì)量高，產(chǎn)品穩(wěn)定性好，吸附架橋能力強(qiáng)，具有多個(gè)官能團(tuán)，絮凝效果好，使用范圍廣，投料量少，產(chǎn)生的污泥量少，形成的絮體過濾性好等諸多優(yōu)點(diǎn)。由于現(xiàn)代工業(yè)生活導(dǎo)致排水中的有機(jī)物含量大大提高，而有機(jī)物微粒表面又通常帶負(fù)電荷，因此，陽離子高分子絮凝劑近年來備受青睞。
分類及應(yīng)用[2]
按照化學(xué)成分的不同，陽離子高分子絮凝劑可分為陽離子天然高分子絮凝劑和陽離子人工合成高分子絮凝劑兩大類。
1. 陽離子天然高分子絮凝劑
這類絮凝劑按其原料來源的不同，大體可分為淀粉衍生物、纖維素衍生物、植物膠改性產(chǎn)物、多聚糖類及蛋白質(zhì)類改性產(chǎn)物等。天然高分子物質(zhì)具有分子量分布廣、活性基團(tuán)作用點(diǎn)多、結(jié)構(gòu)多樣化等特點(diǎn)，易于制成性能優(yōu)良的絮凝劑，其來源廣、價(jià)廉、可以再生且無毒，具有良好的開發(fā)前景。目前，研究較多的主要是淀粉、纖維素、植物膠和聚多糖改性絮凝劑，其中淀粉改性效果，淀粉分子帶有很多羥基，通過這些羥基的酯化、醚化、氧化、交聯(lián)以及與丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺等進(jìn)行接枝共聚等反應(yīng)來制備改性淀粉。改性淀粉絮凝劑具有上述天然改性有機(jī)高分子絮凝劑的特點(diǎn)，其中包括選擇性大、無毒、可以完全被生物分解、在自然界形成良性循環(huán)等顯著特點(diǎn)。
2. 人工合成陽離子高分子絮凝劑
合成有機(jī)高分子絮凝劑可分為陰離子、陽離子、非離子和兩性4種類型。其中陽離子絮凝劑是研究的熱點(diǎn)，因?yàn)殛栯x子型包括聚丙烯酰胺Mannich反應(yīng)產(chǎn)物、丙烯酰胺與陽離子單體的共聚物、聚二甲基二烯丙基氯化銨、聚亞胺等。陽離子型可用來去除廢水中的有機(jī)物，pH值適用范圍為中性至強(qiáng)酸性，陽離子絮凝劑不僅可以通過電荷中和、架橋機(jī)理使膠體粒子絮凝，而且還可以與帶負(fù)電荷的溶解物進(jìn)行反應(yīng)，生成不溶性的鹽，使得它對(duì)有機(jī)物和無機(jī)物的凈化用量少，毒性小等特點(diǎn)。聚丙烯酰胺傳統(tǒng)的制備方法有水溶液、反相懸浮、沉淀、反相乳液、反相微乳液等。有研究開發(fā)一種改善赤泥凈化效果的方法，該法采用右旋糖苷淀粉和一種水溶性合成絮凝劑(如聚丙烯酸、丙烯酰胺與丙烯酸的共聚物等)分離Bayer工藝中的赤泥。這種復(fù)合絮凝劑與Bayer工藝的溶液相混后，溶液中所含的赤泥即可通過沉淀、離心或過濾等工藝去除。
結(jié)果表明，在絮凝過程中CPAM表現(xiàn)出兩個(gè)聚沉點(diǎn)，其適宜陽離子度和分子量范圍分別為10%～15%和500×104～700×104，與PAC復(fù)配可顯著增強(qiáng)其絮凝效果。
制備[3]
陽離子高分子絮凝劑中以聚丙烯酰胺(PAM)系列的應(yīng)用最為廣泛，占絮凝劑使用量的一半以上，依據(jù)合成方法不同可分為兩類：一是聚丙烯酰胺的陽離子改性法；二是丙烯酰胺單體與陽離子單體共聚。
1）聚丙烯酰胺的陽離子改性法
聚丙烯酰胺(PAM)的陽離子改性法就是對(duì)PAM進(jìn)行改性制取陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)。PAM的陽離子改性法主要是通過曼尼希反應(yīng)在聚丙烯酰胺上引入胺類分子，常用的胺類化合物有二甲胺、二乙胺、三甲胺等。在已有的陽離子型有機(jī)高分子絮凝劑的制備和絮凝性能研究的基礎(chǔ)上，以聚丙烯酰胺為主鏈，在堿性條件下，用甲醛和二乙烯三胺與支鏈上的酰胺基發(fā)生胺化接枝反應(yīng)，制得一種多胺型陽離子有機(jī)高分子絮凝劑(XPAM)。在相同的合成工藝條件下，用二乙胺和二正丁胺作為胺化劑制得兩種絮凝劑CPAM和DPAM，然后使之季胺化得到
其對(duì)應(yīng)的季胺型陽離子絮凝劑C’PAM和D’PAM，并且對(duì)比了這幾種絮凝劑的狀指標(biāo)及對(duì)高濁度水的絮凝處理效果。利用聚丙烯酰胺與甲醛和二甲胺發(fā)生曼尼希反應(yīng)，生成叔胺陽離子聚丙烯酰胺，再與硫酸二甲酷或鹽酸反應(yīng)生成陽離子聚丙烯酰胺。
2）丙烯酰胺單體與陽離子單體共聚
由兩種或多種單體同時(shí)參與的聚合稱為共聚合，丙烯酰胺單體和陽離子單體共聚屬于自由基聚合，是目前應(yīng)用最廣泛的合成方法，有水溶液聚合和反相乳液聚合兩種形式。其合成關(guān)鍵在于選擇活性較高的陽離子單體，以保證二單元在同一反應(yīng)體系內(nèi)完成自由基共聚合反應(yīng)，得到具有無規(guī)分布特征的陽離子聚丙烯酰胺?，F(xiàn)在常用的陽離子單體有甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)、二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DAC)等。
主要參考資料
[1] 陽離子高分子絮凝劑的研究概況
[2] 陽離子高分子絮凝劑的研究及進(jìn)展
[3] 陽離子有機(jī)高分子絮凝劑的研究進(jìn)展