背景及概述^[1-2]

絮凝法是重要的水處理方法，其水處理效果的好壞很大程度上取決于絮凝劑的性，絮凝劑是絮凝法水處理技術(shù)的核心。由于現(xiàn)代工業(yè)和生活導(dǎo)致排水中的有機(jī)質(zhì)含量大大提高，而有機(jī)質(zhì)微粒表面通常帶負(fù)電荷，因此陽(yáng)離子高分子絮凝劑越來(lái)越引起科研工作者的廣泛關(guān)注。陽(yáng)離子絮凝劑的絮凝性能不僅表現(xiàn)在可通過(guò)電荷中和而使懸浮膠體粒子絮凝，而且還在于可與帶負(fù)電荷的溶解物進(jìn)行反應(yīng)，生成不溶性的鹽。它對(duì)有機(jī)物和無(wú)機(jī)物都有很好的凈化作用，具有用量少、成本低、毒性小及使用的pH 范圍寬等特點(diǎn)。它可與水中微粒起電荷中和及吸附架橋作用，從而使體系中的微粒脫穩(wěn)、絮凝而有助于沉降和過(guò)濾脫水。

分類及用途^[1-2]

1. 聚丙烯酰胺接枝共聚物類

近年來(lái)淀粉-聚丙烯酰胺接枝共聚物的研究日漸引起人們的重視，并取得了一定的進(jìn)展。這種接枝型聚丙烯酰胺由淀粉半剛性主鏈和柔性的聚丙烯酰胺支鏈以化學(xué)鍵緊密結(jié)合，形成體積龐大、剛?cè)嵯酀?jì)的網(wǎng)狀分子。正是由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，它與均聚丙烯酰胺相比，具有絮凝能力強(qiáng)、分子鏈穩(wěn)定性增加、適應(yīng)范圍廣及陽(yáng)離子化反應(yīng)更容易進(jìn)行等特點(diǎn)，因此，接枝型聚丙烯酰胺是一類有良好應(yīng)用前景的、價(jià)廉物美的新型絮凝劑。20 世紀(jì)70 年代初期以來(lái)，國(guó)外有些學(xué)者研究淀粉與聚丙烯酰胺的接枝共聚物陽(yáng)離子化絮凝劑，用于含高嶺土的渾濁水和粉煤廢水等的處理；皂化聚丙烯酸酯的接枝淀粉以及丙烯酰胺、丙烯酸等單體與淀粉的接枝陽(yáng)離子化共聚物等，也得到了較廣泛的研究并用于多種廢水、原水的凈化。

2. 羥基醚化類

多聚糖、纖維素類物質(zhì)中羥基與胺類化合物起醚化反應(yīng)，也可制得陽(yáng)離子型高分子絮凝劑。目前，天然高分子改性絮凝劑產(chǎn)量約占高分子絮凝劑產(chǎn)量的20 %。單寧是存在于植物中的資源豐富、價(jià)廉易得的天然高分子化合物，它含有酚羥基、羥基等，表現(xiàn)出活潑的化學(xué)性質(zhì)。國(guó)外20 世紀(jì)70 年代就開始研究應(yīng)用它作為絮凝劑、脫色劑、吸附劑等。于70 年代中后期以木質(zhì)素為原料合成了季銨型陽(yáng)離子表面活性劑，他們用堿處理木質(zhì)素以增加其酚基，然后胺烷化增加鏈長(zhǎng)，用雙酯試劑進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，最后制得陽(yáng)離子表面活性劑，用其處理染料廢水獲得了良好的絮凝效果。80 年代中期，美國(guó)有人提出用單寧類化合物制備陽(yáng)離子化絮凝劑。近年來(lái)，有人對(duì)甲殼素、殼聚糖進(jìn)行改性，制備了許多用途不同的弱陽(yáng)離子型殼聚糖衍生物，它們對(duì)水體中重金屬或貴金屬離子有很好的吸附性能，而且擇性有不同程度的提高。從櫟樹果實(shí)的殼中提取橡宛單寧，在中性或微堿性條件下對(duì)重金屬去除率達(dá)到80 %～ 90 %。用含單寧45 %的落葉松考膠與甲醛、二甲胺在弱酸性條件下進(jìn)行曼尼希反應(yīng)，使單寧胺甲基化，制成的陽(yáng)離子絮凝劑與無(wú)機(jī)混凝劑、聚丙烯酰胺配合使用，可提高處理效果，并大幅度減少無(wú)機(jī)混凝劑用量。

3. 烷基烯丙基鹵化銨類

烷基二烯丙基氯化銨的均聚物和共聚物是具有特殊性能的水溶性有機(jī)高分子材料，它作為一種優(yōu)良的陽(yáng)離子型絮凝劑，在國(guó)外早已工業(yè)化(商品牌號(hào)CaT-floc)。由于它的大分子鏈上所帶的正電荷密度高，水溶性好，分子量適中，因此具有絮凝和消毒的雙重性能。在國(guó)外已作為無(wú)毒的陽(yáng)離子絮凝劑在自來(lái)水廠得到實(shí)際應(yīng)用，與無(wú)機(jī)絮凝劑硫酸鋁相比，使用烷基二烯丙基氯化銨類陽(yáng)離子高分子絮凝劑，產(chǎn)生的淤泥量少，沉降速度快，水質(zhì)好，成本低，占地面積小。二甲基二烯丙基氯化銨均聚物還可用于造紙工業(yè)和作為紙上導(dǎo)電涂料，它與丙烯酰胺等單體的共聚物是污泥脫水的優(yōu)良絮凝劑、含水礦物的助劑、石油煉制廢水的絮凝劑等。近年來(lái)國(guó)外有人將烷基烯丙基鹵化銨陽(yáng)離子高分子絮凝劑用于印刷油墨廢水、造紙廢水的處理，并得到了較為滿意的結(jié)果。

4. 環(huán)氧氯丙烷與胺反應(yīng)物

這類陽(yáng)離子絮凝劑與其他陽(yáng)離子絮凝劑相比，的特點(diǎn)是它們能使用在含氯分散相的水分散體中而不與氯化物起作用，從而在含氯分散相的水分散體中使用時(shí)不會(huì)降低其絮凝效果，而其他陽(yáng)離子絮凝劑卻做不到這一點(diǎn)。根據(jù)所使用胺的性質(zhì)不同，可以得到不同品種、不同性能的陽(yáng)離子絮凝劑。氨或鏈端為伯胺基的多胺與環(huán)氧氯丙烷的縮合物，能與環(huán)氧氯丙烷進(jìn)一步反應(yīng)而導(dǎo)致支鏈和交聯(lián)，產(chǎn)物用作絮凝劑的效率不高，也不能用于含氯分散相的水分散體中，這是一種較早出現(xiàn)的陽(yáng)離子絮凝劑。后來(lái)，科研工作者在仲胺與環(huán)氧氯丙烷的聚合物中加入第三組分雙氰胺，則聚合物的性能得到改進(jìn)，且可使用較少量的聚合物而處理廢水效果較好。早在20 世紀(jì)70 年代，日本就有人用環(huán)氧氯丙烷與胺反應(yīng)合成陽(yáng)離子有機(jī)絮凝劑，用這種絮凝劑可以絮凝和回收礦山工業(yè)廢水中的有用礦物。絮凝和回收紙漿廢水中的細(xì)小纖維，同時(shí)使廢水脫色和凈化，還可以用來(lái)處理印染廢水和江河水中的懸浮物等。

5. 其他

在接枝共聚物中，加入定量的甲醛和二甲胺，控制一定的反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間，得到陽(yáng)離子化絮凝劑。將這種陽(yáng)離子有機(jī)絮凝劑用于處理輕工廢水，在投藥量為20 ×10-6 mol/L 時(shí)，處理效果較好，具有投藥量少、產(chǎn)污泥量少、處理效率高、處理后輕工廢水水質(zhì)得到大大改善的特點(diǎn)。根據(jù)絮凝與凝聚作用強(qiáng)化原理，使用不同藥劑、添加劑及不同配比，與自己合成的聚多胺進(jìn)行聚合，制得有機(jī)物復(fù)合陽(yáng)離子絮凝劑PN-5 。該藥劑對(duì)處理煤泥水的工業(yè)性試驗(yàn)獲得了很好的效果，促進(jìn)了煤泥廠內(nèi)廢水回收。用甲醛、濃硫酸和雙氰胺等添加劑為原料，合成一種新型陽(yáng)離子絮凝劑，實(shí)驗(yàn)表明該陽(yáng)離子絮凝劑對(duì)染織廢水、染料廢水和屠宰廢水均具有優(yōu)良的脫色絮凝性能。

主要參考資料

[1] 陽(yáng)離子型有機(jī)絮凝劑研究進(jìn)展

[2] 陽(yáng)離子型及兩性絮凝劑現(xiàn)狀與發(fā)展方向