КОМПОЗИЦИОННЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОД, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТВЕРДЫМИ ВЗВЕШЕННЫМИ ЧАСТИЦАМИ, ДИСПЕРГИРОВАННЫМИ МАСЛАМИ И/ИЛИ НЕФТЕПРОДУКТАМИ, И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК C02F1/54 B01D21/01 C07F9/38 

Изобретение относится к полимерным композициям, а более конкретно к водорастворимым полимерным композициям, используемым в качестве коагулянта для очистки технологических и сточных вод, загрязненных твердыми взвешенными частицами, диспергированными маслами и/или нефтепродуктами.

Известно, что водорастворимые полимеры разнообразной химической структуры, содержащие атомы азота, широко используются в качестве флокулянтов для очистки различных водных систем, содержащих твердые взвешенные частицы, дисперсии.

В последнее время широкое распространение среди водорастворимых полимеров уделяется полиакриламиду (ПАА), обладающему рядом ценных свойств для его использования в различных отраслях промышленности в качестве флокулянта.

Полимеры акриламида (АА) и его производных получают радикальной полимеризацией мономеров преимущественно в растворах (в воде или в органических растворителях), а также в кристаллическом состоянии. Радикальная полимеризация АА может инициироваться ультразвуком, радиацией, теплом, светом, перекисями, гидроперекисями, азосоединениями и окислительно-восстановительными системами.

Известен способ получения полиакриламида полимеризацией акриламида в присутствии неорганических солей металлов II и III групп в водной фазе при 55°С (пат. РФ №2043997, 1995 г.).

Известен способ получения полиакриламидного флокулянта сернокислотной гидратацией акрилонитрила, нейтрализацией полученного сульфоакриламида аммиаком (пат. РФ №1678010, 1989 г.).

Известен способ получения полиакриламида полимеризацией акриламида в присутствии окислительно-восстановительного инициатора при криогенной обработке водного раствора мономера при температуре реакционной массы -3...-40°С в течение 1-36 ч (пат. РФ №2196780, 2003 г.).

Наиболее близким по технической сущности является метилольная производная ПАА, полученная при взаимодействии формальдегида с ПАА в водной среде при 45-50°С и рН 10,0-10,5. Обработка этого ПАА сульфитами или сернистой кислотой приводит к получению сульфопроизводной ПАА

(см. Бектуров Е.А. и др. Синтетические водорастворимые полимеры в растворах. Алма-Ата, 1981 г., с.64).

К недостаткам известного состава следует отнести то, что при его использовании степень очистки вод, загрязненных твердыми взвешенными частицами, диспергированными маслами и/или нефтепродуктами, довольно невысокая.

Задачей заявляемого изобретения является повышение степени очистки вод, загрязненных твердыми взвешенными частицами, диспергированными маслами и/или нефтепродуктами.

Указанный результат достигается тем, что композиционный состав для очистки вод, загрязненных твердыми взвешенными частицами, диспергированными маслами и/или нефтепродуктами, содержащий алкиламинофосфонаты натрия общей формулы:

где n=9-19,

а также хлорид натрия и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%

алкиламинофосфанаты натрия10-25хлористый натрий1-5вода70-89

Способ получения композиционного состава для очистки вод, загрязненных твердыми взвешенными частицами, диспергированными маслами и/или нефтепродуктами, включающий термическую обработку технических алифатических аминов фосфористой кислотой и формальдегидом, что ведут обработку алифатических аминов формулы СН₃-(СН₂)_n-NH₂, где n=9-19, в присутствии катализатора - соляной кислоты, при температуре 95-105°С в течении 1,5-3,0 часов с последующим охлаждением и нейтрализацией натриевой щелочью до рН 10.

При n<9 эффективность очистки не проявляется, поскольку при этом значении резко падают поверхностно-активные свойства веществ, входящих в состав реагента.

При n>19 описанные вещества практически нерастворимы при любых значениях рН, они лишь диспергируются, снижая поверхностную активность.

При t<95°C уменьшается степень конверсии (превращения) аминов в аминофосфонаты и происходит неполное введение фосфоновой группы, т.е. уменьшается содержание соединений вида

и увеличивается содержание монопроизводной

что приводит к уменьшению эффективности действия состава.

При t>105°C наступает кипение реакционной массы, вынос летучих компонентов (формальдегида), увеличивается степень окисления конечного продукта растворенным кислородом, что приводит к ухудшению качества и эффективности работы полученного состава.

Содержание алкиламинофосфонатов в натриевой форме в предложенном составе от 10 до 25% получается в результате нейтрализации (натриевой щелочью - NaOH) и с технологической точки зрения их удаление не имеет смысла из-за трудоемкости процесса этого удаления. При их содержании менее 10% ухудшается эффективность работы реагента. При их содержании более 25% реагент становится нерастворимым и создаются технологические трудности его применения.

Хлористый натрий в предлагаемом составе является сопутствующим, по технологии получения состава его не может быть меньше 1% и его максимальное количество не может превысить 5%.

Время синтеза предложенного состава не может быть менее 1,5 часов, поскольку реагирование исходных компонентов наступает по истечении этого времени.

В интервале от 1,5 до 3 часов практически идет некоторое увеличение степени завершенности процесса и полное реагирование исходных компонентов. При синтезе свыше 3 часов начинается процесс окисления и качество продукта падает.

Предлагаемый композиционный состав исследовали следующим образом.

В стеклянный реактор емкостью 1,0 литра, снабженный обратным холодильником и механической мешалкой, через масляный гидрозатвор с фторопластовым лепестком в качестве перемешивающего элемента, загружали 100 граммов жирных аминов СН₃-(СН₂)_n-NH₂ с равным соотношением в смеси каждого из аминов от n=12. Далее заливалось 100 граммов воды, 10 граммов концентрированной HCl (35%) в качестве катализатора, 80 граммов фосфористой кислоты Н₃РО₃. Реакционная масса при перемешивании нагревалась на бане до 80°С. Далее в колбу добавлялось 0,05 грамма диспергатора (технические алкиларилсульфонаты натрия, водорастворимые полиоксиэтилированные пара-алкилфенолы и тому подобные). Температура реакционной массы повышалась до 90°С и при перемешивании в течение 0,5 часа дозировалось 150 граммов 37% водного раствора формалина. Температура в реакционной массе поддерживалась на уровне 95°С. Эта температура выдерживалась при механическом перемешивании в течение 1,5 часов. Далее реакционная масса при перемешивании охлаждалась холодной водой и порциями добавлялась 42% водная щелочь NaOH для нейтрализации до рН 10,0 единиц. Полученный состав в сравнении с известным обеспечил более эффективную степень очистки воды от загрязнений.

Эффективность работы заявляемого состава был проверен седиментационным методом и методом с использованием колонной флотации в лабораторных условиях.

Седиментационный метод.

В цилиндр на 500 мл добавлялся предлагаемый состав в количестве 10 мг/л загрязненной воды.

В другой цилиндр добавляли 10 мг/л полиакриламида средней молекулярной массы, равной 400000 единиц. Осаждение производилось в течение 24 часов.

По полученным результатам степень очистки загрязненной воды с использованием предлагаемого состава от взвешенных твердых частиц составлял 85%, от нефтепродуктов - 85%. С использованием полиакриламида степень очистки от взвешенных частиц составляет 45%, от нефтепродуктов - 40% (см. таблицу).

Флотационный метод очистки.

Более эффективным представляется флотационный метод очистки, основанный на флотации загрязняющих частиц в колонном аппарате пузырьками диспергированного воздуха в верхний пенный слой, с последующим его удалением и сливом очищенной (осветленной) воды.

Для проведения сравнительного эксперимента в две флотационные колонки объемом 250 мл, с устройством для барботажа воздуха в нижней части, заливалась загрязненная вода, та же, что и в седиментационном эксперименте. В одну колонку добавляли 10 мг/л предлагаемого состава, в другую - 10 мг/л полиакриламида молекулярной массы, равной 400000 единиц. Флотация велась в течение 2 минут.

По полученным результатам степень очистки загрязненной воды при флотационном методе с использованием предлагаемого состава для твердых взвешенных частиц - 95%, для нефтепродуктов - 95%. С использованием полиакриламида степень очистки от взвешенных твердых частиц составила 50%, от нефтепродуктов - 55%, что подтверждает эффективность работы предлагаемого состава (см. таблицу).

Результаты испытаний по очистки воды от взвешенных

примесей и нефтепродуктов

Исходное содержание взвешенных частиц 349 мг/лСедиментационный метод очисткиФлотационный метод очисткиПредлагаемый составПолиакриламидПредлагаем. составПолиакрилам.Содержание взвешенных частиц после очистки, мг/лСодержание взвешенных частиц после очистки, мг/л8219217174Исходное содержание нефтепродукта в 199 мг/лСедиментационный метод очисткиФлотационный метод очистки301191090

Изобретение относится к очистке технологических и сточных вод, загрязненных твердыми взвешенными частицами, диспергированными маслами и/или нефтепродуктами. Композиционный состав содержит алкиламинофосфонаты натрия общей формулы

где n=9-19, а также хлорид натрия и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: алкиламинофосфонаты натрия 10-25; хлористый натрий 1-5; вода 70-89. Состав получают термической обработкой технических алифатических аминов фосфористой кислотой и формальдегидом, причем обработку алифатических аминов формулы СН₃-(CH₂)_n-NH₂, где n=9-19, ведут в присутствии катализатора - соляной кислоты, при температуре 95-105°С в течение 1,5-3,0 часов, с последующим охлаждением и нейтрализацией натриевой щелочью до рН 10. Заявленное изобретение обеспечивает повышение степени очистки обрабатываемых вод. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

1. Композиционный состав для очистки вод, загрязненных твердыми взвешенными частицами, диспергированными маслами и/или нефтепродуктами, содержащий алкиламинофосфонаты натрия общей формулы

где n=9-19, а также хлорид натрия и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алкиламинофосфонаты натрия10-25Хлористый натрий1-5Вода70-89