阳离子絮凝剂的分类及用途

背景及概述^[1-2]

絮凝法是重要的水处理方法，其水处理效果的好坏很大程度上取决于絮凝剂的性，絮凝剂是絮凝法水处理技术的核心。由于现代工业和生活导致排水中的有机质含量大大提高，而有机质微粒表面通常带负电荷，因此阳离子高分子絮凝剂越来越引起科研工作者的广泛关注。阳离子絮凝剂的絮凝性能不仅表现在可通过电荷中和而使悬浮胶体粒子絮凝，而且还在于可与带负电荷的溶解物进行反应，生成不溶性的盐。它对有机物和无机物都有很好的净化作用，具有用量少、成本低、毒性小及使用的pH 范围宽等特点。它可与水中微粒起电荷中和及吸附架桥作用，从而使体系中的微粒脱稳、絮凝而有助于沉降和过滤脱水。

分类及用途^[1-2]

1. 聚丙烯酰胺接枝共聚物类

近年来淀粉-聚丙烯酰胺接枝共聚物的研究日渐引起人们的重视，并取得了一定的进展。这种接枝型聚丙烯酰胺由淀粉半刚性主链和柔性的聚丙烯酰胺支链以化学键紧密结合，形成体积庞大、刚柔相济的网状分子。正是由于其结构特点，它与均聚丙烯酰胺相比，具有絮凝能力强、分子链稳定性增加、适应范围广及阳离子化反应更容易进行等特点，因此，接枝型聚丙烯酰胺是一类有良好应用前景的、价廉物美的新型絮凝剂。20 世纪70 年代初期以来，国外有些学者研究淀粉与聚丙烯酰胺的接枝共聚物阳离子化絮凝剂，用于含高岭土的浑浊水和粉煤废水等的处理；皂化聚丙烯酸酯的接枝淀粉以及丙烯酰胺、丙烯酸等单体与淀粉的接枝阳离子化共聚物等，也得到了较广泛的研究并用于多种废水、原水的净化。

2. 羟基醚化类

多聚糖、纤维素类物质中羟基与胺类化合物起醚化反应，也可制得阳离子型高分子絮凝剂。目前，天然高分子改性絮凝剂产量约占高分子絮凝剂产量的20 %。单宁是存在于植物中的资源丰富、价廉易得的天然高分子化合物，它含有酚羟基、羟基等，表现出活泼的化学性质。国外20 世纪70 年代就开始研究应用它作为絮凝剂、脱色剂、吸附剂等。于70 年代中后期以木质素为原料合成了季铵型阳离子表面活性剂，他们用碱处理木质素以增加其酚基，然后胺烷化增加链长，用双酯试剂进行交联反应，最后制得阳离子表面活性剂，用其处理染料废水获得了良好的絮凝效果。80 年代中期，美国有人提出用单宁类化合物制备阳离子化絮凝剂。近年来，有人对甲壳素、壳聚糖进行改性，制备了许多用途不同的弱阳离子型壳聚糖衍生物，它们对水体中重金属或贵金属离子有很好的吸附性能，而且择性有不同程度的提高。从栎树果实的壳中提取橡宛单宁，在中性或微碱性条件下对重金属去除率达到80 %～ 90 %。用含单宁45 %的落叶松考胶与甲醛、二甲胺在弱酸性条件下进行曼尼希反应，使单宁胺甲基化，制成的阳离子絮凝剂与无机混凝剂、聚丙烯酰胺配合使用，可提高处理效果，并大幅度减少无机混凝剂用量。

3. 烷基烯丙基卤化铵类

烷基二烯丙基氯化铵的均聚物和共聚物是具有特殊性能的水溶性有机高分子材料，它作为一种优良的阳离子型絮凝剂，在国外早已工业化(商品牌号CaT-floc)。由于它的大分子链上所带的正电荷密度高，水溶性好，分子量适中，因此具有絮凝和消毒的双重性能。在国外已作为无毒的阳离子絮凝剂在自来水厂得到实际应用，与无机絮凝剂硫酸铝相比，使用烷基二烯丙基氯化铵类阳离子高分子絮凝剂，产生的淤泥量少，沉降速度快，水质好，成本低，占地面积小。二甲基二烯丙基氯化铵均聚物还可用于造纸工业和作为纸上导电涂料，它与丙烯酰胺等单体的共聚物是污泥脱水的优良絮凝剂、含水矿物的助剂、石油炼制废水的絮凝剂等。近年来国外有人将烷基烯丙基卤化铵阳离子高分子絮凝剂用于印刷油墨废水、造纸废水的处理，并得到了较为满意的结果。

4. 环氧氯丙烷与胺反应物

这类阳离子絮凝剂与其他阳离子絮凝剂相比，的特点是它们能使用在含氯分散相的水分散体中而不与氯化物起作用，从而在含氯分散相的水分散体中使用时不会降低其絮凝效果，而其他阳离子絮凝剂却做不到这一点。根据所使用胺的性质不同，可以得到不同品种、不同性能的阳离子絮凝剂。氨或链端为伯胺基的多胺与环氧氯丙烷的缩合物，能与环氧氯丙烷进一步反应而导致支链和交联，产物用作絮凝剂的效率不高，也不能用于含氯分散相的水分散体中，这是一种较早出现的阳离子絮凝剂。后来，科研工作者在仲胺与环氧氯丙烷的聚合物中加入第三组分双氰胺，则聚合物的性能得到改进，且可使用较少量的聚合物而处理废水效果较好。早在20 世纪70 年代，日本就有人用环氧氯丙烷与胺反应合成阳离子有机絮凝剂，用这种絮凝剂可以絮凝和回收矿山工业废水中的有用矿物。絮凝和回收纸浆废水中的细小纤维，同时使废水脱色和净化，还可以用来处理印染废水和江河水中的悬浮物等。

5. 其他

在接枝共聚物中，加入定量的甲醛和二甲胺，控制一定的反应温度和反应时间，得到阳离子化絮凝剂。将这种阳离子有机絮凝剂用于处理轻工废水，在投药量为20 ×10-6 mol/L 时，处理效果较好，具有投药量少、产污泥量少、处理效率高、处理后轻工废水水质得到大大改善的特点。根据絮凝与凝聚作用强化原理，使用不同药剂、添加剂及不同配比，与自己合成的聚多胺进行聚合，制得有机物复合阳离子絮凝剂PN-5 。该药剂对处理煤泥水的工业性试验获得了很好的效果，促进了煤泥厂内废水回收。用甲醛、浓硫酸和双氰胺等添加剂为原料，合成一种新型阳离子絮凝剂，实验表明该阳离子絮凝剂对染织废水、染料废水和屠宰废水均具有优良的脱色絮凝性能。

主要参考资料

[1] 阳离子型有机絮凝剂研究进展

[2] 阳离子型及两性絮凝剂现状与发展方向