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聚二甲基二烯丙基氯化铵的合成及水处理絮凝效能

随着我国经济的快速发展,环境污染问题越来越受到大众的普遍关注,聚二甲基二烯丙基氯化铵作为一种强阳离子聚电解质被作为水质处理的絮凝剂具有无毒、无害、高效、安全的特点,因此对于聚二甲基二烯丙氯化铵的合成及水处理絮凝效能进行研究具有非常重要的意义。

1 聚二甲基二烯丙氯化铵的合成

聚二甲基二烯丙氯化铵是由单体二甲基二烯丙基氯化铵和自由基聚合反应而得到的。在进行单体二甲基二烯丙基氯化铵的制备中,可以选择在水溶液中进行一步法工艺或者是使用有机溶剂和过量碱的二步法工艺。选择一步法工艺虽然较为简单,,仅仅适合于作为工业上的原料进行使用;选择二步法工艺操作起来较为复杂,适合于实验室的合成,但是用二步法工艺产生的单体杂质比较少。

2 聚二甲基二烯丙氯化铵的水处理絮凝效能

若将两步法工艺合成的单体经过三个阶段的升温反应,则可以通过均聚获得聚二甲基二烯丙氯化铵,笔者就聚二甲基二烯丙氯化铵的水处理絮凝效能进行实验。

实验准备

选择主要的试剂:二甲胺、氯化钠、工业级的高岭土、盐酸、氢氧化铵、烯丙基胺、丙酮、百里香酚酞。

实验过程

进行实验前,先将实验相关的设备都准备和调试好,然后制备二甲基二烯丙基氯化铵。首先,在具有回流冷凝管的三颈烧瓶中加入二甲胺,保证5℃条件下进行电磁搅拌,并利用百里香酚酞作为指示剂。然后,在指示剂的颜色没有发生改变的条件下,在两个小时内进行交替滴加等量的水洗提纯后的烯丙基氯和氢氧化钠。最后,等待约1.5h后,使其能够充分反应,再使用分液漏斗进行分液,加入等体积的烯丙基氯和两倍体积丙酮于上层的氢氧化钠干燥大致两个小时后的油相物中,将温度调到45℃,两个小时后会发现在丙酮中会析出白色的晶体,再过两个小时后会在丙酮中得到晶形的白色单体。

制备二甲基二烯丙基氯化铵后,开始制备聚二甲基二烯丙氯化铵。首先,加入一定量的二甲基二烯丙基氯化铵于已经安装好的回流冷凝器的四颈烧瓶里,加入相应量的硫酸氨引发剂。然后,先将去离子水溶入计算量的乙二胺四乙酸二钠,再加入到四颈烧瓶里。最后,在氮气保护下,周边环境低于40℃,通过三个阶段的升温制备出了聚二甲基二烯丙氯化铵。

在进行混凝实验室,先取出1000毫升的水样,用搅拌器将水样搅拌均匀后加入3mg的聚二甲基二烯丙氯化铵,调快搅拌器的速度,大致搅拌两分钟后,再调慢搅拌器的速度,大致搅拌五分钟后,将加入聚二甲基二烯丙氯化铵的水样静置十分钟,取出距离液体表面2cm处的清液用来做水质测试。先称出2.4532g的高岭土,然后将其放入1000毫升的烧杯中,将搅拌器的速度调整到200rpm后搅拌10分钟,得到透过率5.6%的均匀悬浊液,该水样为用高岭土自制的模拟水样。

实验结果

加入3mg/L的聚二甲基二烯丙氯化铵于1000毫升的水样中并用氢氧化钠溶液调节PH时,会得出:第一,当PH值低于6时,絮凝效果较差。第二,当PH值等于7时,絮凝效果非常好。第三,当PH值在6到9中间时,絮凝效果较好。

将PH等于7的模拟水样的温度控制在50℃后投入3mg/L的聚二甲基二烯丙氯化铵,静置不同的时间,会得出:第一,模拟水样静置的时间越长,絮凝效果越好,透过率越高。第二,在模拟水样静置10分钟后,透过率没有再明显的提高。

在PH等于7的模拟水样中投入不同量的聚二甲基二烯丙氯化铵,会得出:第一, 絮凝剂量增加到4mg/L时,透过率开始不断下降,絮凝效果开始不断变差。第二,絮凝剂量为3mg/L时,絮凝效果比较好。

将PH等于7的模拟水样中投入3mg/L的聚二甲基二烯丙氯化铵,将模拟水样放置在不同的温度中,会得出:第一,温度越高,模拟水样的透过率就越大,絮凝效果就越好。第二,当温度为50℃时,絮凝效果最好。第三,当温度超过了50℃后,透明率开始大幅度降低。

3 结束语

在进行单体二甲基二烯丙基氯化铵的制备中,可以选择在水溶液中进行一步法工艺或者是使用有机溶剂和过量碱的二步法工艺。用两步法工艺制备二甲基二烯丙基氯化铵单体,在叔胺合成单体时加入两倍体积的丙酮溶剂,会在丙酮中析出得到晶形的白色单体。加入3mg/L的聚二甲基二烯丙氯化铵,保证混凝温度为50℃、PH等于7,静置10分钟,这样状态下的二甲基二烯丙基氯化铵具有最佳的透过率,较好的絮凝效果。

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