季胺化单宁的合成

季胺化单宁的合成

天然高聚剂具有原料来源广、成本低、口感好、生物降解方便等优点，在水处理行业越来越受到重视。植物单宁酸或经改性后的衍生物可作为絮凝剂,还可作为阻垢剂、除氧剂、缓蚀剂、螯合剂等。本文以单宁酸、丙烯酰胺、甲醛为原料通过曼尼西反应得到阳离子单宁,再与环氧氯丙烷进行反应获得季铵化单宁。1由聚吡咯合成1.1双酰胺alcl3单宁酸(C34H28O22),红色粉末;丙烯酰胺(CH2=CHCONH2),白色晶体;甲醛,无色液体;环氧氯丙烷,无色油状液体,易挥发;AlCl3·6H2O,白色晶体;5%的聚铝。JB50-D型增力电动搅拌机;六联磁力搅拌器;电热恒温水浴锅;Magna2IRTM750红外光谱仪;加样器。1.2季胺化工艺的合成甲醛和丙烯酰胺在弱酸性条件下和单宁酸中的酚羟基邻对位位置上的氢原子发生氨甲基化反应。反应生成的曼尼西碱进一步和环氧氯丙烷发生反应得到产品季胺化单宁。曼尼西反应:季胺化反应:1.3单宁酸溶液的制备絮凝剂的制备分两步进行。第一步曼尼西反应:反应在恒温水浴锅中进行,称取一定量的丙烯酰胺并加入一定量的水于四口烧瓶中,用盐酸调节pH,充分搅拌,缓慢滴入甲醛溶液(37%),缓慢搅拌并控制反应温度,预反应1h,取出液体迅速冷却到室温。在以上装置中加入适量的单宁酸溶解,将上述反应得到的液体缓慢滴加入单宁酸溶液中,控制反应温度和时间。第二步季胺化反应:在第一步反应的基础上加入一定量的环氧氯丙烷,缓慢搅拌并控制温度和反应时间。1.4反应条件1.4.1正交试验结果为使反应能顺利进行并减少反应副产物的生成,控制的反应条件包括原料配比、反应温度、反应时间、甲醛滴加温度。四个因素三个水平的正交试验如表1所示。按L9(34)正交表进行九次制备试验,最后确定最佳反应条件组合是A2B2C2D2。即单宁酸质量∶甲醛质量∶丙烯酰胺质量=1∶1∶1、反应温度为70℃、反应时间为6h、甲醛的滴加温度为50℃。对反应产物进行离子色谱检测,产品的纯度达70%。其中甲醛的滴加温度为最不利因素。1.4.2正交试验结果环氧氯丙烷和胺甲基化单宁反应时,试验过程中把环氧氯丙烷的投加量、反应温度和反应时间三个因素作为控制因素,每个因素选择三个水平组成如表2所示因素水平表。表3为季铵化反应正交试验结果。如上表所示:根据对浊度的极差分析可知最佳反应条件配比为A2B2C2,即最佳环氧氯丙烷的投加量为8g、反应温度为80℃、最佳反应时间为3h。为了得到更加可靠的试验结果,按以上试验最佳条件进行反复试验并对反应结果进行测试,表明该试验稳定结果是可靠的。2絮凝效果试验取某炼油厂生产橡胶产出的丁氰废水作为试验用水,对合成产品进行絮凝效果试验。絮凝试验结束后测定上清液的COD值和浊度作为产品质量的评价指标。原水的水质特点见表4。2.1加样器回用取500mL废水于1000mL烧杯中,调节pH至设定值。用加样器向废水中加入絮凝剂,加入絮凝剂的同时进行搅拌。120r/min快速搅拌1min;30r/min慢速搅拌20min。沉淀30min。测定絮体的沉淀速度、浊度、COD。2.2原水投加量对浊度的影响絮凝剂投加量的多少是影响絮凝效果的重要因素,投加量不够时废水中的离子不能完全中和;投加量过多时会使已经中和掉的离子重新带电,而且会增加絮凝剂的投入成本。为此对原水在不同投加量的条件下进行絮凝实验,以确定最佳投加量。图1为浊度随投加量的变化曲线图。浊度随投加量的变化如图1所示:原水浊度随投加量的变化发生显著变化,投加量为1mg时浊度达到最低,其浊度为9.3NTU,同时COD也达到最低值,为246.53mg/L。2.3ph对扭转效果的影响pH是影响絮凝效果的最重要因素之一,由于pH能影响废水中的阴阳离子的离子度,故对季铵化单宁的絮凝效果产生重大影响。2.3.1ph对出水浊度的影响图2为浊度随pH变化曲线图。浊度随pH变化如图2所示,在酸性条件下出水浊度随pH的增大而显著下降。在碱性条件下,浊度变化较小,当pH为9.3时出水浊度最低,最低浊度为3.0NTU。2.3.2凝剂对cod的影响图3为COD随pH变化曲线图。出水COD随pH变化如图3所示。由于絮凝剂会对原水的COD有贡献,在酸性条件下由于没有产生足够的絮体使有机物沉淀,故COD略有升高。然而随着pH升高COD总体呈下降趋势,当pH为9.5时,CODCr达到最低值205.13mg/L,去除率达到45%。3季铵化全反应条件的控制通过对絮凝剂合成条件的优化以及絮凝效果的考察得到如下结论:(1)通过对反应条