文档介绍：几种Mannich反应改性聚丙烯酰胺阳离子絮凝剂的比较
摘要:本文主要用不同的胺如:二甲胺、二乙胺、N、N-甲基乙基胺、乙二胺、N、N-二甲基丙二胺、N-甲基对二氮已烷分别与甲醛及聚丙烯酰胺进行mannich反应,以此改性聚丙烯酰胺。研究了反应发生的条件及不同的反应条件下的反应程度,并进行了各种mannich产物的絮凝效果对照实验,得出二乙胺是用mannich改性聚丙烯酰胺絮凝剂中的一种较好的原料。
关键词:Mannich反应阳离子絮凝剂胺化度絮凝效果

随着经济的发展,水处理工业越来越受到人们的重视。自从1954年美国道化学公司首先开发出聚丙烯酰胺系列产品以来,高分子絮凝剂一直是较活跃的一个研究领域。其中阳离子聚合物近年来尤其引人注目,这不仅因为它分子量大,易对废水中各种微粒产生吸附桥架作用,使絮凝速度加快,絮体增大,而且因为废水微粒表面带有负电荷,阳离子可同时起到电中和作用,从而使体系中的微粒脱稳、絮凝而有助于沉降和过滤脱水[1-4]。
丙烯酰胺与甲醛、二甲胺可进行Mannich反应生成N-二甲胺甲基丙烯酰胺。运用Mannich反应改性聚丙烯酰胺是将聚丙烯酰胺阳离子化的经典方法之一,用这个方法使胺甲基化,然后再与硫酸二甲酯或卤代甲烷反应即可得聚丙烯酰胺季胺盐。而聚丙烯酰胺季胺盐是水处理中使用最多、效果较好的一种阳离子聚合物[5-9]。故Mannich反应被广泛地应用于水处理工业。在这个反应中人们使用的胺一般是二甲胺(DMA),而其他的一些低烷基胺比如二乙胺(DEA)、N、N-甲基乙基胺(MEA)、乙二胺(EDA)、N、N-二甲基丙二胺(DMADA)、N-甲基对二氮已烷(MDAH)等在理论上也可进行Mannich反应,但后者进行的反应却很少被报道。到底这些胺进行Mannich反应的难易程度如何,其产物的水处理效果又怎样呢?本文分别做了二甲胺、二乙胺、N、N-甲基乙基胺、乙二胺、N、N-二甲基丙二胺、N-甲基对二氮已烷与聚丙烯酰胺及甲醛反应实验及其产物对含油废水的絮凝实验,结果表明后几种产物也能发生Mannich反应且由于其烷链增加,相应增加了其疏水性,从而有很好的絮凝速度及效果。

原料
丙烯酰胺(AM): AR ,山东石油化工总厂生产;甲醛(FD):AR ,30%水溶液, 广州东红化工厂;二甲胺(DMA):AR, 36%水溶液, 北京化学试剂公司;二乙胺(DEA):AR ,98%溶液, 武汉市江北化学试剂厂;N、N-甲基乙基胺(MEA):AR ,西陇化工厂;乙二胺(EDA):AR,武汉市江北化学试剂厂;N、N-二甲基丙二胺(DMADA):AR,西陇化工厂;N-甲基对二氮已烷(MDAH):AR,西陇化工厂。
聚丙烯酰胺(PAM)的制备
将单体丙烯酰胺与适量引发剂硫代硫酸钠及过硫酸铵一起加入反应器内,通入氮气,升温聚合2~5小时,将产物提纯干燥得PAM固体颗粒。用粘度法测其分子量。
Mannich反应
称3~5%的PAM溶液100g加入到250ml三口烧瓶中,升温,搅拌均匀,加入适量甲醛和胺,反应1~2小时,冷却出料。用胶体滴定法测其胺化度。
絮凝效果检测
A 制含油废水
取南海油田原油少许,加水及乳化剂,在强力乳化机中乳化10~15分钟,即得含油量100mg/l的含油污水,将其装入多个100ml具塞比色管中备用。
B 絮凝试验
将各种Mannich产物配成1%的溶液,取一定量加入装有含油污水的比色管中,盖上塞子,上下摇动使其混合均匀,放入70恒温水浴锅中静置,观察并记录絮体出现时间、絮体状态,用HORIBA OCMA-300油分仪测含油量,用S-721分光光度计测透光率。

发生Mannich反应的条件
氨、伯胺或仲胺盐酸盐与甲醛和有活泼氢原子的化合物[Ⅰ]进行缩合时,活泼氢被氨甲基或取代的氨甲基取代,这一反应称为Mannich反应,生成的产物为Mannich碱[Ⅱ](Mannich base),见方程(1)。

在利用Mannich反应合成Mannich碱时,反应能否顺利进行与含α-氢原子的化合物和胺的结构、亲核能力及反应介质的pH值密切相关,为得到正常的Mannich碱,反应所选用的亲核性要比含α-氢原子的化合物强,而且只有仲胺可得到单一的产品,氨和伯胺根据反应基团的大小可形成仲胺或继续反应到氮原子上所有可利用的氢原子都被取代为止。聚丙烯酰胺的Mannich反应方程见(2)。
Mannich反应原料胺的选择
二胺包括一些低烷基胺比如二甲胺(DMA)、二乙胺(DEA)、N、N-甲基乙基胺(MEA)、乙二胺(EDA)、N、N-二甲基丙二胺(DMADA)、N