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1、有机高分子絮凝剂的研究进展 有机高分子絮凝剂的研究进展马永生乔万昌(黑龙江省造纸公司,黑龙江哈尔滨150001)[摘要] 综述了有机高分子絮凝剂的种类、絮凝化学、影响其作用效果的因素,并分析、展望了有机高分子絮凝剂的发展趋势。[关键词] 有机高分子絮凝剂;絮凝化学;影响因素絮凝剂效果的优劣直接决定着许多造纸单元过程的运行工况、生产成本、产品质量和出水的水质,絮凝剂的选择直接影响絮凝效果。造纸工作者越来越认识到深入开展絮凝基础理论研究、开发新型高效絮凝剂、优化絮凝过程控制的重要性。1 有机高分子絮凝剂的种类1.1 人工合成类有机高分子絮凝剂人工合成类有机高分子
2、絮凝剂是利用高分子有机物分子量大、分子链官能团多的结构特点经化学合成的一类有机絮凝剂,具有产品性能稳定、容易根据需要控制合成产物分子量等特点。根据有机絮凝剂所带基团能否离解及离解后所带离子的电性,可将其分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性型人工合成类有机高分子絮凝剂。1.1.1 阴离子型人工合成类有机高分子絮凝剂阴离子型有机高分子絮凝剂研制开发较早,技术比较成熟,但由于受应用范围的限制,有关阴离子型有机高分子絮凝剂新产品的研究报道较少。常见的有聚丙烯酸钠、丙烯酰胺与丙烯酸钠共聚物、聚苯乙烯磺酸钠等。1.1.2 阳离子型人工合成类有机高分子絮凝剂一般通过阳离
3、子基团与有机物接枝获得,常用的阳离子基团有季铵盐基、喹啉鎓离子基、吡啶鎓离子基。产品有阳离子聚丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC)的均聚物以及与丙烯酰胺(AM)的共聚物、乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)与DADMAC的共聚物,VTMS与DADMAC和AM的三元共聚物、聚亚胺等。阳离子絮凝剂不仅可以通过电荷中和、架桥机理使微粒脱稳、絮凝,而且还可以与带负电荷的溶解物进行反应,生成不溶物,从而有利于沉降和过滤脱水,pH值使用范围宽,用量少,毒性也小。近年来,我国对此类絮凝剂的研究主要集中在聚丙烯酰胺接枝共聚物、烷基烯丙基卤化铵、环氧氯丙烷与胺的反应产物三
4、大类上,已经取得了显著进展。1.1.3 非离子型人工合成类有机高分子絮凝剂这类絮凝剂不具电荷,在水溶液中借质子化作用产生暂时性电荷,其凝集作用是以弱氢键结合,形成的絮体小且易遭受破坏。产品有非离子型聚丙烯酸胺和聚氧化乙烯(PEO)等。其中,PEO是由环氧乙烷在催化剂存在下经开环聚合而成,高聚合度的PEO对水中悬浮的细小粒子具有絮凝作用,其相对分子质量越高絮凝效果越好。该化合物在用量大时表现出分散性,只有用量小时才表现出絮凝性。1.1.4 两性型人工合成类有机高分子絮凝剂两性型有机絮凝剂兼有阴、阳离子基团的特点,在不同介质条件下,其离子类型可能不同,适于处理带
5、不同电荷的体系。同时,其适应范围广,酸性、碱性介质中均可使用,抗盐性也较好。两性高分子絮凝剂的品种很多,其阴离子基团一般为羧基、硫酸基、磷酸基,阳离子基团一般为季铵盐基、喹啉鎓离子基、吡啶鎓离子基。其中聚丙烯酰胺类两性高分子絮凝剂是最重要的产品。1.2 天然改性类高分子有机絮凝剂天然改性类高分子有机絮凝剂是一类生态安全型絮凝剂,具有基本无毒,易生化降解,不造成二次污染的特点,且分子结构多样,分子内活性基团多,可选择性大,易于根据需要采用不同的制备方法进行改性。目前,天然改性类高分子有机絮凝剂包括淀粉衍生物、木素衍生物和甲壳素衍生物等化学天然改性类高分子絮凝剂
6、。1.2.1 淀粉及其衍生物由于淀粉是含有多羟基的天然高分子化合物,其化学性质活泼,通过羟基的醚化、交联、接枝共聚等化学改性,其活性基团大大增加,聚合物呈枝化结构,分散了絮凝基团,对悬浮体系中颗粒物有更强的捕捉与絮凝作用。由于造纸配料中大部分微细颗粒和胶体都带有负电荷,对淀粉进行阳离子改性是一个重要的研究方向。阳离子淀粉主要有叔胺型、交联、季铵型等。近年来,淀粉(纤维素)-聚丙烯酸胺接枝共聚物研究取得了一定进展,其半刚性主链(淀粉、纤维素)和柔性主链上的聚丙烯酰胺支链以化学链紧密结合形成体积庞大的网状分子,絮凝能力强,为淀粉改性产物提供了广阔的应用领域。1.
7、2.2 木素衍生物木素分子结构复杂,含有醚键、双键、酚羟基、羰基和苯环等,可通过烷基化、羟甲基化、酯化、酸化等反应进行改性。1.2.3 甲壳素及其衍生物在自然界中,甲壳素的含量仅次于纤维素,是第二大天然有机高分子化合物,它是甲壳类动物和昆虫外骨骼的主要成分。脱除甲壳素分子中的乙酰基,得到壳聚糖———一种性能优良的阳离子絮凝剂。因为此类物质的分子中含有酰胺基、氨基、羟基,所以具有絮凝和吸附功能。在酸性介质中它可以有效地吸附水中带负电荷的微粒。2 有机高分子化合物的絮凝化学高分子的絮凝作用与电解质的聚沉作用完全不同,由电解质所引起的聚沉过程比较缓慢,所得到的沉淀
8、颗粒紧密、体积小,这是由于电解质压缩了溶胶粒子的扩散
