一種新型漆霧凝聚劑的研制

陳 沁，姜曉博，俞世昌，申聚鵬，吳中華，曾德芳*

（1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢 430070；2.襄陽市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站，湖北襄陽 441000）

·科學(xué)研究·

一種新型漆霧凝聚劑的研制

陳 沁1，姜曉博1，俞世昌1，申聚鵬1，吳中華2，曾德芳1*

（1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢 430070；2.襄陽市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站，湖北襄陽 441000）

以三聚氰胺和甲醛為主要原料，并加入醇類和胺類組成的助劑C來清除殘余的甲醛，制備消粘劑A；以改性聚丙烯酰胺為主要原料制備凝聚劑B。對過噴油漆廢水進(jìn)行凝聚處理研究，確定了一種的最佳制備工藝，其中消粘劑A的成分為n（三聚氰胺）∶n（甲醛）∶n（助劑C）＝1∶2∶1，凝聚劑B的主要成分為陰離子型聚丙烯酰胺。該漆霧凝聚劑中的消粘劑A和凝聚劑B的最佳配比V（A）∶V（B）＝1∶1時，漆霧去除率為97.8%。

漆霧凝聚劑；三聚氰胺；甲醛；消粘劑

漆霧凝聚劑又稱除漆劑、造渣劑、油漆絮凝劑，用于濕式噴氣室循環(huán)水處理。

隨著現(xiàn)代涂裝工藝的發(fā)展，噴涂劑用量日益增加，通常會有很多不能涂覆工件上而成為“過噴”涂料，過噴量達(dá)到25%～60%。這些涂料含有大量不利于人體健康的揮發(fā)性有機(jī)溶劑，嚴(yán)重污染周圍環(huán)境和空氣，需要及時清理［1］。而且這些“過噴”涂料具有粘性，會粘附在水泵、管道、風(fēng)機(jī)葉片上，堵塞噴嘴等，影響設(shè)備運(yùn)行。因此，需要在循環(huán)水中加入漆霧凝聚劑來解決上述問題［2］。

目前，噴涂房循環(huán)水處理主要形式為化學(xué)吸附凝聚分離法，其中化學(xué)凝聚劑法用得最多。但目前使用的大多數(shù)漆霧凝聚劑效果不太理想，不是凝聚性差就是沉渣太多，后處理成本太高［3］。因此。本研究以三聚氰胺為原料制備出了一種性價比明顯優(yōu)于同類漆霧凝聚劑的新型漆霧凝聚劑。與最新的同類漆霧凝聚劑相比，漆霧去除率提高到了97.8%，成本降低到了1.7元／kg，而且可以去除循環(huán)水中游離的甲醛，減少了對人體及環(huán)境的危害。

1 實驗部分

1．1 實驗材料

三聚氰胺：質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.8%，工業(yè)一級；聚丙烯酰胺：工業(yè)一級；黃色醇酸磁漆；甲醛、鹽酸、硫酸、硫酸鋁、氫氧化鈉均為分析純。

電子天平：FA2004型，上海悅豐儀器儀表有限公司，電熱恒溫水浴箱：HHW21.420型，北京市永光明醫(yī)療儀器廠；TP-10 PH計：德國Sartorius公司；濁度儀：BHS-100NTU，蘇州百恒儀表有限公司；紫外分光光度計：UV-1200型，上海美普達(dá)儀器有限公司。

實驗水樣：自制，按照漆霧凝聚劑的小試試驗一般步驟［4］制備，在500mL的廣口瓶中加350mL工業(yè)自來水，用氫氧化鈉溶液調(diào)整pH到8～9備用。

1.2 實驗方法

本實驗采用單因素實驗法來確定消粘劑A中三聚氰胺、甲醛與助劑C的最佳配比以及消粘劑A和凝聚劑B的最佳配比，并研究消粘劑A的最佳反應(yīng)條件。用手指剪切法來檢驗漆渣的消粘效果［5］，以目測漆渣狀況、漆渣上浮狀況、漆泥狀態(tài)、水的清澈度、用濁度儀測定懸浮液濁度的變化和分光光度計測定懸浮液在加藥前后的吸光度變化為標(biāo)準(zhǔn)來檢測漆霧去除率［6］。確定新型漆霧凝聚劑的最佳制備工藝，并將除霧效果與最新的同類產(chǎn)品相對比。

1.3 實驗過程

1.3.1 消粘劑A的制備

在500 m L燒杯中加入一定量的水，再依次加入一定量的三聚氰胺和甲醛，在40～90℃條件下分別攪拌反應(yīng)1～6 h后分別得到6個不同溫度和反應(yīng)時間條件下制得的透明液體，然后加入一定量由醇類和胺類組成的助劑C攪拌反應(yīng)30 min，最后用鹽酸將該溶液pH調(diào)節(jié)為1～6得到6個不同pH值的消粘劑A。通過單因素實驗法確定消粘劑A的最佳制備工藝和最佳配比。

1.3.2 凝聚劑B的制備

在500mL燒杯中加入一定量的水和50%的硫酸溶液，使水溶液保持酸性，再依次加入一定量的陰離子聚丙烯酰胺和硫酸鋁，在常溫條件下攪拌反應(yīng)5h得到粘稠狀的透明溶液，最后用氫氧化鈉溶液調(diào)整其pH至7左右便得到凝聚劑B。

1.3.3 凝聚實驗

取350m L水樣于廣口瓶中，用氫氧化鈉溶液將水樣的pH調(diào)節(jié)至8～9，用漆霧凝聚劑進(jìn)行凝聚處理，按比例加入消粘劑A，加蓋震蕩2～3 min，使消粘劑充分溶解，再按比例加入未使用過的涂料，加蓋震蕩2～3min，使涂料充分分散在水中即可，最后加入凝聚劑B攪拌1 min，觀察處理效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 漆霧凝聚劑中消粘劑A的最佳配比

本實驗設(shè)計的6種不同的消粘劑A加量配方如表1所示。分別用以上6種消粘劑A制備的凝聚劑對同一實驗水樣進(jìn)行處理，并觀察每種配方脫粘效果、漆渣上浮狀況、漆泥狀態(tài)、處理后水的清澈度。取上層清液用濁度儀和分光光度計測其漆霧去除率，初步同比試驗結(jié)果見表2。

表1 6種消粘劑A的加量配方Table 1 Dosage of 6 k inds of paint detackifier A

表2 6種消粘劑A制備的漆霧凝聚劑的凝聚效果比較Table 2 Com parison of coagulating effect among composite floccu lantsmade by 6 kinds of paint detack ifier A

由表1和表2可知，隨著消粘劑A中各組分的增加，漆霧去除率是先升高，出現(xiàn)最大值之后緩慢降低。當(dāng)n（三聚氰胺）∶n（甲醛）∶n（助劑C）＝1∶2∶1時，油漆廢水完全脫黏，漆渣完全上浮，漆泥呈細(xì)泥狀，水質(zhì)清澈且漆霧去除率達(dá)到97.1%。由此可確定消粘劑A各組分最佳配比為n（三聚氰胺）∶n（甲醛）∶n（助劑C）＝1∶2∶1。

2.2 漆霧凝聚劑最佳制備工藝

消粘劑A是由三聚氰胺和甲醛等在水相中通過曼尼希反應(yīng)［7］合成羥甲基化水溶性樹脂，由于三聚氰胺甲醛樹脂在合成過程中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)比較復(fù)雜，因此在合成及生產(chǎn)工藝上會隨著各種條件因素的變化而導(dǎo)致樹脂結(jié)構(gòu)和性能的改變，如溫度、pH、反應(yīng)時間等。因此在本實驗中采用了單因素實驗法來確定最佳制備工藝。

2.2.1 制備漆霧凝聚劑中的消粘劑A的最佳pH值

將以上制備的pH值為1～6的6個不同pH且組分n（三聚氰胺）∶n（甲醛）∶n（助劑C）＝1∶2∶1的消粘劑A與凝聚劑B按體積比1∶1對同一水樣進(jìn)行凝聚實驗，考察消粘劑A制備時不同pH對漆霧凝聚劑凝聚效果的影響，實驗結(jié)果見圖1。

圖1 消粘劑制備時不同pH對漆霧凝聚劑凝聚效果的影響Figure1 Influence of different reaction pH in the preparation of A on coagulating effect

由圖1可知，pH在1～3時，漆霧去除率達(dá)到最大值，且變化不大。pH為1～3時，羥甲基三聚氰胺中的羥甲基進(jìn)一步與氨基、亞氨基、羥基發(fā)生縮合反應(yīng)，生成線型或支鏈型結(jié)構(gòu)的低級三聚氰胺甲醛樹脂，所以漆霧去除率高。當(dāng)pH為4～6時，溶液呈弱酸性時，羥甲基氧化速度較慢，三聚氰胺甲醛樹脂產(chǎn)率低，因此漆霧去除率低［8］。因此，本實驗確定的制備消粘劑A的最佳pH為3.0。

2.2.2 制備漆霧凝聚劑中的消粘劑A的最佳反應(yīng)溫度

將pH為3.0，組分n（三聚氰胺）∶n（甲醛）∶n（助劑C）＝1∶2∶1，反應(yīng)溫度分別為40～90°C的消粘劑A分別與凝聚劑B按體積比1∶1對同一水樣進(jìn)行凝聚實驗，不同反應(yīng)溫度制備消粘劑A的實驗結(jié)果見圖2。

圖2 消粘劑制備時不同反應(yīng)溫度對漆霧凝聚劑凝聚效果的影響Figure2 Influence of different reaction tem perature in the preparation of A oncoagu lating effect

由圖2可知，當(dāng)反應(yīng)溫度為80℃時，漆霧去除率達(dá)到最大值。鹽酸催化甲醛和三聚氰胺是放熱的親核加成反應(yīng)，提高反應(yīng)溫度對體系的反應(yīng)進(jìn)程有影響，易于反應(yīng)的進(jìn)行。在溫度低于60℃時，三聚氰胺與甲醛反應(yīng)速度很慢，且一定時間內(nèi)漆霧去除效果不明顯；在溫度為60～80℃時，反應(yīng)速度隨溫度的升高而逐漸加快，在80℃時漆霧去除率達(dá)到最大值，溫度高于80℃時，反應(yīng)產(chǎn)物易成易環(huán)、交聯(lián)成凝膠狀，使消粘效果下降。由此可知，本實驗確定的制備消粘劑A的最佳反應(yīng)溫度為80℃。

2.2.3 制備漆霧凝聚劑中的消粘劑A的最佳反應(yīng)時間

將pH為3.0，組分n（三聚氰胺）∶n（甲醛）∶n（助劑C）＝1∶2∶1，反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)時間分別為1～6 h的消粘劑A與凝聚劑按體積比1∶1對同一水樣進(jìn)行凝聚實驗，考察不同消粘劑A制備反應(yīng)時間對漆霧凝聚劑凝聚效果的影響，實驗結(jié)果見圖3。

圖3 消粘劑制備時不同反應(yīng)時間對漆霧凝聚劑凝聚效果的影響Figure 3 Influence of d ifferent reaction time in the preparation of A on coagulatingeffect

由圖3可知，當(dāng)反應(yīng)時間為3 h時，漆霧去除率達(dá)到最大值。反應(yīng)時間過短，三聚氰胺與甲醛反應(yīng)不充分，漆霧去除率低；反應(yīng)時間過長，生成了環(huán)狀或交聯(lián)的高分子，從而使消粘效果下降漆霧去除率降低［9］。由此可見，本實驗確定的制備消粘劑A的最佳反應(yīng)時間為3 h。

2.2.4 漆霧凝聚劑中的消粘劑與凝聚劑B的最佳配比

將pH為3.0，組分n（三聚氰胺）∶n（甲醛）∶n（助劑C）＝1∶2∶1，反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)時間為3 h的消粘劑A與凝聚劑B按不同比例對同一水樣進(jìn)行凝聚實驗，A劑與B劑不同投加比例的實驗結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，消粘劑A與凝聚劑B的V（A）∶V（B）＝1∶1時，漆霧去除率達(dá)到最大值。當(dāng)消粘劑A較多時，處理廢水的漆渣較多且漆渣含水率較高；當(dāng)凝聚劑B較多時，陰離子聚丙烯酰胺包裹漆渣粒子，粒子之間相互排斥，不能有效凝聚。因此，漆霧凝聚劑中的消粘劑A與凝聚劑B的最佳配比為V（A）∶V（B）＝1∶1。

圖4 消粘劑A與凝聚劑B的投加比例對漆霧凝聚劑凝聚效果的影響Figure 4 Influence of different dosage proportion on coagulating effect

2.3本漆霧凝聚劑與同類最新的漆霧凝聚劑的比較

將在本實驗確定的最佳配方及最佳制備工藝的條件制備的漆霧凝聚劑與同類的最新漆霧凝聚劑處理同一水樣，將兩者的處理結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果見表3。

表3 凝聚劑凝聚效果及成本的比較［10］Table 3 Com parison of coagulating effect and cost

由表3可知，本實驗確定的漆霧凝聚劑相對于同類最新漆霧凝聚劑來說，漆霧去除率提高到了97.8%，而成本卻降低了15%，且由于助劑C的加入，清除了多余的游離甲醛，減少了對人體及環(huán)境的危害，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，值得在我國油漆廢水處理工業(yè)中推廣和使用。

2.4 漆霧凝聚劑的作用機(jī)理分析

本漆霧凝聚劑由消粘劑A和凝聚劑B組成。在堿性條件下，循環(huán)水中存在的油漆顆粒表面往往帶有同種電荷而相互排斥，消粘劑A為線型高分子聚合物，具有很強(qiáng)電中和性，攜帶正負(fù)雙電荷，能迅速中和油漆粒子電荷，由于靜電吸附原理對水中帶電油漆顆粒進(jìn)行吸附、捕捉、包裹、分散，對漆滴被吸附后，利用兩極不同的親和性將漆滴完全包裹，并通過化學(xué)作用穿透和破壞涂料的功能基團(tuán)，顯著地降低了界面自由能，改變了粒子的表面性質(zhì)，因而防止了粒子的聚集，從而使油漆脫粘，最終形成蓬松狀小絮狀物體。助劑C中含有的醇胺類物質(zhì)通過化學(xué)反應(yīng)，將游離的甲醛清除掉，減少甲醛的危害。

凝聚劑B自身攜帶豐富的陰離子，主要是通過靜電吸附、電中和脫穩(wěn)、雙電層壓縮、架橋、網(wǎng)捕等多種作用將細(xì)小分散的漆霧微粒聚集成密集的塊狀物并上浮，便于實現(xiàn)固液分離，保持系統(tǒng)中的離子平衡。因其相對分子質(zhì)量較大，可加快凝集基團(tuán)在系統(tǒng)中上浮速度，最終能將失去黏性的油漆粒子聚集起來，從而使得漆渣能夠從循環(huán)水系統(tǒng)中排除。

消粘劑A的消粘作用和凝聚劑B的凝聚上浮作用相互協(xié)同互補(bǔ)，使其凝聚性能顯著改善，達(dá)到去除過噴油漆廢水中漆霧，持續(xù)使用循環(huán)水的目的。［11］

3 結(jié)語

本實驗研究并確定了一種新型漆霧凝聚劑的最佳配方及最佳制備工藝。其中消粘劑A中組分n（三聚氰胺）∶n（甲醛）∶n（助劑C）＝1∶2∶1，最佳制備工藝為pH為3.0，反應(yīng)溫度為80°C，反應(yīng)時間為3h；消粘劑A與凝聚劑B的投加比例為V（A）∶V（B）＝1∶1。按此配方和制備工藝制備出的漆霧凝聚劑漆霧去除率高達(dá)97.8%，成本僅為1.7元／kg，與同類最新漆霧凝聚劑相比成本下降了15%。而且本漆霧凝聚劑由于加入了由醇類和胺類組成的助劑C，清除了反應(yīng)中游離的甲醛，減少了對人體和環(huán)境的危害。

本漆霧凝聚劑不僅漆霧去除率高而且成本低廉，對環(huán)境無污染，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益，在我國的油漆廢水處理工業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

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Preparation of a Novel and High Efficiency Coating M ist Polycoagulant Taken M elam ine as the M ain M aterial

CHEN Qin1，JIANG Xiao-bo1，YU Shi-chang1，SHEN Jup-eng1，WU Zhong-hua2，ZENG De-fang1*

（1.School of Resource＆Environmental Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China；2.Xiangyang Environgmental Protection monitoring Station，Xiangyang 441000，China）

Takenmelamine and formaldehyde as themainmaterials，and adding additives consisting of alcohols and amines C to remove residual formaldehyde，adhesives eliminate A was prepared，withmodified polyacrylamide flocculant as themain raw material coagulant B was prepared，the optimum preparation processwas determined according to the research of coagulation treatment of overspray paint wastewater，wherein the elimination A has a composition ofmelamine：formaldehyde：Additive C（molar ratio）＝1：2：1，coagulant B has themain component of anionic polyacrylamide.The best ratio of eliminate A and coagulant B in themist coagulant is V（A）：V（B）＝1：1，then the removal ofmist is up to 97.8%.

mist coagulant；melamine；formaldehyde；adhesives eliminate

TQ 630.4

： A

： 1004-275X（2014）01-0001-05

12.3969／j.issn.1004-275X.2014.01.001

收稿：2013-09-26

國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃（20131049708003）。

陳沁（1993-）女，大學(xué)二年級學(xué)生，主要研究以三聚氰胺為原料的漆霧凝聚劑的研制。

*通信聯(lián)系人：曾德芳，電郵：df5152＠163.com，電話：027-86581750。