[发明专利]微波辅助制备聚丙烯酰胺‑谷胱甘肽‑氯化铝方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于环保工程技术领域，具体涉及一种微波辅助制备的高效复合混凝剂聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化铝的方法及应用。

背景技术

锰矿的开采与冶炼产生很大的国民经济效益，但是在开采与冶炼过程中难免产生污染物，这些污染物当中有很大一部分已经通过雨水淋溶和地表径流进入水体，导致水体当中锰含量超标。而随着重金属锰一同进入水体的含有广泛存在于自然界当中的腐殖酸类物质，因此锰矿区周边水体存在重金属锰与腐殖酸的双重污染。

目前针对这两大类污染物质的去除和处理已经研究多年，而且取得了一定的效果，混凝法就是其中比较常用的方法。混凝沉淀去除技术在众多的水处理技术当中以其操作更为简单、处理效果更好等优点得到广泛运用。但是常规混凝剂只是单一能够去除重金属或者单一去除腐殖酸类物质，能够同时将这两类污染物去除的混凝剂较少，且去除效果并不理想，因此新型高效复合混凝剂的开发研究因此也已经逐渐成为水处理剂的重要发展方向。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种将特殊官能团的有机反应单体引入常规混凝剂当中，并将无机有机混凝剂复合，达到理想去除效果的微波辅助制备聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化铝方法。

本发明的微波辅助制备聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化铝方法，包括如下顺序的步骤：

(1)室温下，将5.0～10.0g的丙烯酰胺加入到反应容器中，再加入30ml的去离子水，开始搅拌使丙烯酰胺溶解，充分溶解后通氮驱氧5～30min；

(2)取过硫酸铵与尿素加入烧杯，将其溶解，并加入至步骤(1)通氮保护的反应容器中，继续通氮气5～30min，水浴加热反应1～5h，其中，水浴温度控制在20～50℃之间，即可制得聚丙烯酰胺凝胶；

(3)将步骤(2)制得聚丙烯酰胺凝胶为反应单体，将其溶解，使质量浓度为1～10％之间，量取100mL于三颈烧瓶中，并调节其pH值控制在1～3之间；

(4)开启搅拌装置并设置恒温水浴锅温度为20～50℃，温度稳定后，将1.0～3.0ml甲醛溶液移至滴液漏斗中，并使其缓慢滴加至三颈烧瓶中，调节体系pH值为1.5～3之间，反应1～4h；

(5)移入谷胱甘肽含量为0.005～1.0g的还原性谷胱甘肽溶液至滴液漏斗中，使其缓慢滴加至三颈烧瓶中，将三颈烧瓶转移至微波反应器中，在微波功率为20～100W的微波辐射条件下使反应体系温度迅速上升至60～120℃，然后调节微波功率在20～60W之内，使反应温度控制在60～120℃，反应3～15min使其聚合，即可制得聚合产物聚丙烯酰胺-谷胱甘肽；

(6)将步骤(5)制得的聚丙烯酰胺-谷胱甘肽与无机混凝剂聚合氯化铝混合后再转移至微波反应器中，调节微波功率为20～100W，再反应2～10min使其聚合，在微波反应器中反应完毕后将其取出，置于20～60℃水浴条件下，聚合反应1～5h；

(7)待步骤(6)的反应结束后，将反应混合溶液常温下放置熟化12h，即可得到聚合物丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化铝复合混凝剂。

具体的，步骤(2)中，所述过硫酸铵的加入量为0.004～0.01g，尿素的加入量为0.002～0.01g。

具体的，步骤(2)中，将硫酸铵、尿素分别溶解后依次加入到反应容器中，或者将硫酸铵、尿素混合均匀溶解后一次性加入反应容器中。

具体的，步骤(6)中，聚丙烯酰胺-谷胱甘肽与无机混凝剂聚合氯化铝的质量比控制在1～5:100之间。

本发明的目的之二在于提供上述方法微波辅助制备聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化铝的应用，即：将聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化铝应用于去除矿山废水中重金属Mn(II)或地表水中的腐殖酸。它具体包括如下步骤：

(1)首先，分析待处理水中Mn(II)或腐殖酸的含量；

(2)根据水中Mn(II)或腐殖酸的含量计算复合混凝剂聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化铝的投加量，水中所含投加的混凝剂聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化铝的量为5.0～100.0mL/L；

(3)将含有Mn(II)或腐殖酸的水输送至反应器中，按步骤(2)所述反应比例，通过加药管向反应器中投加混凝剂聚丙烯酰胺-谷胱甘肽-氯化铝；同时，启动搅拌器将上述水体和所述混凝剂充分搅拌，以300r/min的速度搅拌3.0分钟，然后再以50r/min的速度搅拌10.0分钟，通过混凝剂的絮凝作用从而使水环境当中的Mn(II)离子浓度、腐殖酸浓度下降80.0％以上；