[发明专利]一种超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺及其制备方法和应用。所述方法包括：(1)用水将丙烯酰胺和阳离子单体混合均匀，得到混合液；和(2)将步骤(1)得到的混合液通氮除氧，然后往所述混合液中依次加入偶氮类引发剂、络合剂、链增长剂、氧化剂和还原剂引发聚合反应，制得超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺；所述链增长剂选自由十二烷基硫醇、巯基乙醇和亚硫酸氢钠组成的组。所述阳离子型聚丙烯酰胺的黏均相对分子质量优选为2000万～2100万，固含量优选为96～98％。本发明方法成本低、生产效率高，所得产品分子量超高，对比其他含有相同数量的带电基团链节的产品作为絮凝剂处理污水后水质指标更优越，絮凝剂用量更少。

技术领域

本发明属于超高分子量聚合物技术领域，尤其涉及一种超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺及其制备方法和应用。

背景技术

聚丙烯酰胺(PAM)是由单体丙烯酰胺(AM)经自由基加成反应生成的一种线型高分子聚合物，PAM为白色颗粒或粉末，易溶于水，无毒、无腐蚀性，固体PAM有吸湿性，是一类重要的水溶性高分子聚合物，具有特殊的物理化学性质，易通过接枝或交联得到支链或网状结构的多种改性物，PAM分子可以引进各种离子基团以得到特定的性能，其广泛应用于化工、冶金、地质、煤炭、石油、造纸和水处理等各个领域，具有“百业助剂”的称号。

阳离子型聚丙烯酰胺主要用作絮凝剂，利用其对污水中许多微团和溶解性物质有良好的吸附力广泛应用于各种污水的处理。近年来，在中国工业取得高速发展的同时，环境污染也越来越严重，国内污水处理量大，污水类型更复杂，对阳离子型聚丙烯酰胺的需求量越来越大，絮凝能力要求越来越高。阳离子型聚丙烯酰胺分子链很长，它的酰胺基可与许多物质亲和、吸附，形成氢键。这就使它能在两个被吸附的粒子之间架桥，生成絮团，有利于粒子下沉。阳离子型聚丙烯酰胺要求具有高的甚至超高的相对分子质量，这样除了以化学键力和分子间力结合外，主要靠架桥作用使废水中的杂质沉聚。阳离子型聚丙烯酰胺的絮凝能力很大程度上取决于相对分子质量。

当前市场上使用较广泛的高分子量阳离子型聚丙烯酰胺存在以下特点：

从分子结构上看，第一类是阳离子功能单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的(DAC)与丙烯酰胺共聚而成的线型阳离子聚丙烯酰胺，其优点是：1.分子量较高，在1100～1300万之间；2.支链较少，溶解性好，絮凝能力强；其缺点是现场使用时对操作条件要求较高：1.使用前需先溶解成0.1％的母液，制备母液后存放时间较短(3～5小时)，超过5小时的分子量损失率达73％；2.对污水环境要求苛刻，污水pH值在6～8之间效果较好。第二类是由阳离子功能单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)和二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)中的两种或三种与丙烯酰胺进行多元共聚而成的带有部分支链的阳离子型聚丙烯酰胺，其优点是：1.溶解后的母液后存放时间较长(8～12小时)，超过12小时的分子量损失率为50％；2.对污水适应性强，pH值要求较宽泛；其缺点是：1.分子量较低，在500～1000万之间；2.支链较多，溶解性差，利用率较直链型阳离子聚丙烯酰胺偏低15～30％。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低、分子量高、转化率高、固含量高、溶解性好和利用率高的超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺及其制备方法和应用，以解决现有阳离子型聚丙烯酰胺中存在的一个或者多个问题。

本发明在第一方面提供了一种超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)用水将丙烯酰胺和阳离子单体混合均匀，得到混合液；和

(2)将步骤(1)得到的混合液通氮除氧，然后往所述混合液中依次加入偶氮类引发剂、络合剂、链增长剂、氧化剂和还原剂引发聚合反应，制得超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺；

所述链增长剂选自由十二烷基硫醇、巯基乙醇和亚硫酸氢钠组成的组。

优选地，所述方法还包括将步骤(2)制得的超高分子量阳离子型聚丙烯酰胺依次经过造粒、烘干和粉碎的步骤。