阳离子聚丙烯酰胺的合成与应用

2004年11月精细石油化工SPECIALITYPETRO(’HEMICALS第6期阳离子聚丙烯酞胺的合成与应用夏峥嵘’李友清2李绵贵‘(l.湖北省化学研究院,湖北武汉43。。74;2.中国海洋石油南海西部振海油田化学公司,广东湛江524057)摘要:通过Mannich反应将聚丙烯酞胺(PAM)改性为阳离子聚丙烯酞胺(CPAM),在反应中以N一甲基乙胺或二乙胺代替了常用的二甲胺。在二胺与甲醛的摩尔比大于飞.2:1,并采取先将甲醛溶液加到PAM溶液中,待反应完全后,再将胺溶液加到反应体系中的方法,在40一50℃共反应3一4h时得到胺化度高于5。%的CPAM。探索了PAM的风>1.。火1了的CPAM的溶液粘度的降低方法。关键词:Mannich反应阳离子絮凝剂胺化度聚丙烯酞胺中图分类号:TQ423.12文献标识码:A用聚丙烯酞胺(PAM)处理废水已有50多年历史,近年由于废水来源越来越复杂,处理难度越来越大,所以阳离子聚合物倍受关注;因为它不仅能对废水中各种微粒产生吸附桥联作用,而且还能中和废水微粒表面带有的负电荷,从而使体系中的微粒脱稳、絮凝,有助于沉降和过滤脱水。目前合成阳离子絮凝剂的主要方法有共聚法和改性法。由于离子基团之间的相互排斥效应及离子活性低的状况,共聚法不易得到高相对分子质量和高离子化度的产物;而改性法可在相对分子质量较高的非离子链上进行,因而能克服共聚法的不足。运用Mannich反应改性PAM是将PAM阳离子化的一种好方法,即先使胺甲基化,然后再与硫酸二甲醋或卤代甲烷反应得到PAM的季钱盐,一4〕。笔者用低烷基胺分别与PAM及甲醛(FD)反应,合成出阳离子聚丙烯酞胺(CPAM),考察了反应条件对胺化度的影响,并探索了降低产物粘度的方法。1实验部分1.1原料与仪器PAM,自制,呱>1.0火10,;FD,CP,湖北大学化工厂;二甲胺(DMA),CP,上海三爱思试剂有限公司;二乙胺(DEA),CP,武汉市江北化学试剂厂;N一甲基乙胺(MEA),CP,西陇化工厂;乙二胺(EDA),CP,武汉市江北化学试剂厂;N,N一二甲基丙二胺(DMADA),N一甲基二叠氮基己烷(MDAH),CP,日本进口。NDJ一85数显粘度计(30℃),上海天平仪器厂;HORIBA()CMA一300油分仪,日本;S一721分光光度计,上海棱光技术有限公司。1.2Mannieh反应将w(PAM)=3%一5%的溶液1009加入到250mL三口烧瓶中,升温,均匀搅拌,加人适量FD和胺(两步法为先加FD,约lh反应完全后,再加人胺;一步法为FD与胺相继加人),反应预定时间,冷却出料。用胶体滴定法测其胺化度川。1.3絮凝效果的检测将各种产物配成质量分数为1%的溶液,加入装有含油污水的比色管中,盖上塞子,上下摇动使其混合均匀,放人70℃恒温水浴锅中静置,观察并记录絮体出现时间、絮体状态,用油分仪测含油量,用分光光度计测透光率。2结果与讨论2.1pH值对反应进程的影响由于在酸性条件下易发生交联反应,而在碱性条件下能抑制交联,所以用惰性物乙二醇调节体系pH为I一12。2.2几种胺的初步比较比较了用于改性PAM的胺,如:DMA、DEA、MEA、EDA、DMADA、MDAH等,其中DMA为常用胺,价格便宜且易得,但考虑到胺上的烷链长可能会增加PAM链的疏水性,从而提高产物在絮凝过程中的絮凝速度,故做了对比实收稿日期:2004一05一10;修改稿收到日期:2004一09一15。作者简介:夏峥嵘(196一),女.硕士,主要从事高分子材料研究。第6期夏峥嵘等.阳离子聚丙烯酸胺的合成与应用验,结果见表1。表1不同胺的Manulch反应快慢比较胺的类型DMADEAMEAEDADMADAMDAH外观粘度变化所需时间/min902035120注:二(PAM)一3%,PAM/FD/胺(摩尔比)一1:0.8:1.2,反应温度80℃。由于将仲胺接到PAM上后PAM溶液的粘度会增加,故可从外观粘度的变化来判断反应的发生。从表1可知DEA、MEA、DMADA反应较快,DMA、EDA反应较慢,MDAH在该条件下不发生反应。用反应产物进行絮凝实验,结果见表2。表2絮凝效果比较产物类型出现絮体快慢含油量/(mg·L一又)色度DMADEAMEAEDADMADA原水快15.2快快慢60.8快23.6应速率快,随着反应的进行,反应物浓度降低,反应速率下降;若分批加人,原料中的反应物波动较小,其胺化反应程度也有所提高。同时分开加也避免FD与胺先发生反应,而让FD能较彻底地与PAM反应。加料顺序对不同的胺影响程度不一样,DMA两种加料方式的胺化度区别相对较小,这既与胺的结构不同有关,又与它们在水中的溶解热不同有关。市售DEA、MEA的含量都在95%以上,加人反应体系后产生的热量大,这些热量促使反应很快发生,易