2026-01-04
Полиоксиметилен (ПОМ), также известный как ацетальная смола, полиоксиметилен или полиацеталь, представляет собой термопластичный кристаллический полимер, часто называемый «суперсталью» или «ацеталем».
Как высокоэффективный конструкционный пластик, ПОМ широко применяется в различных областях. В автомобильной промышленности ПОМ широко используется для производства автомобильных деталей, таких как дверные ручки, механизмы регулировки сидений и компоненты топливной системы, благодаря своей превосходной износостойкости и механической прочности, сохраняя стабильные характеристики даже в сложных условиях эксплуатации. В электронной промышленности ПОМ обычно используется для производства прецизионных деталей, таких как небольшие шестерни и компоненты переключателей. Его превосходная электрическая изоляция и стабильность размеров соответствуют требованиям к высокоточным компонентам электронных изделий. Кроме того, ПОМ также занимает важное место в таких отраслях, как машиностроение и производство потребительских товаров, благодаря своим выдающимся комплексным характеристикам.
I. Процесс производства полиоксиметилена (ПОМ) Существует две основные категории процессов производства ПОМ: гомополимеризация и сополимеризация. Гомополимер ПОМ представляет собой гомополимер триоксиметилена, тогда как сополимер ПОМ — сополимер триоксиметилена и диоксана.
1. Процесс гомополимеризации
Процесс гомополимеризации, представленный компанией DuPont, включает пропускание чистого формальдегида в инертный раствор, содержащий катионный катализатор, для полимеризации в гомополимер ПОМ. Полимеризация представляет собой полунепрерывный процесс. После фильтрации и сушки полимеризованный материал подвергается концевой модификации уксусным ангидридом посредством этерификации гидроксильными группами для получения термостойкого ПОМ. Затем добавляются антиоксиданты и другие добавки, и готовый продукт получают методом экструзионной грануляции.
Гомополимерные материалы обладают превосходной прочностью на растяжение и усталостной прочностью, но их сложно обрабатывать, и они имеют узкий диапазон температур обработки. Гомополимер ПОМ уступает сополимеру ПОМ по таким параметрам, как термическое разложение, характеристики термической деградации, устойчивость к горячей воде, термическая стабильность, а также стойкость к кислотной и щелочной коррозии при формовании. Однако гомополимер формальдегида (ГФГ) обладает более высокой степенью кристалличности, а его механические свойства (прочность, модуль упругости) и температура деформации под нагрузкой (характеризующая физическую термостойкость) несколько лучше, чем у сополимера формальдегида (ГФГ).
Этот технологический процесс страдает от сложности очистки формальдегида и трудностей в постобработке с концевыми группами, что приводит к низкой щелочестойкости и термостойкости гомополимерных продуктов, а также к более высоким производственным затратам. Из-за технических и экономических проблем только такие компании, как DuPont и Asahi Kasei, продолжают использовать эту технологию в последние годы.
2. Процесс сополимеризации
Процесс сополимеризации представляет собой в основном метод объемной полимеризации. Чистый триоксиметилен, диоксан и комплекс диэтилового эфира трифторида бора смешиваются в определенной пропорции и помещаются в непрерывный смеситель или двухшнековый реактор с сильным сдвиговым и перемешивающим действием. После полимеризации происходит постобработка, в результате которой получается гранулированный сополимер формальдегида.
Условия обработки сополимеров формальдегида не столь строгие, как для гомополимеров формальдегида, и при термическом разложении выделяется меньше формальдегида. Модифицированные сополимеры формальдегида превосходят гомополимеры формальдегида по всем параметрам, что делает сополимеры формальдегида перспективным направлением развития. Китай начал исследования и производство полиоксиметилена (ПОМ) относительно рано, и его технология производства триоксиметилена (ТОМ) достаточно надежна. Однако его процесс полимеризации отстает, и с конца XX века он импортирует зарубежные технологии. Что касается источников технологий, китайские производители в основном полагаются на три источника: польскую технологию ZAT, гонконгскую Fuyi и южнокорейскую P&ID, ни одна из которых не является технологией мирового класса. В настоящее время польская технология ZAT больше не продается; только гонконгская Fuyi и южнокорейская P&ID передают свои технологические процессы китайским компаниям.
В заключение, сополимерные продукты, полученные методом сополимеризации, обладают превосходной термической стабильностью, устойчивостью к старению, водостойкостью, щелочестойкостью, маслостойкостью и химической стабильностью, а также легко поддаются обработке. Кроме того, их механические свойства улучшаются после наполнения стекловолокном. Учитывая их превосходное качество по сравнению с гомополимером полиоксометаллата (ПОМ), темпы роста мирового производства сополимерных ПОМ значительно выше, чем у гомополимерных ПОМ.
II. Источники сточных вод, содержащих ПОМ
1. Остатки от процесса реакции
В реакции полимеризации ПОМ, будь то гомополимер или сополимер, трудно достичь полного превращения мономеров. Непрореагировавший формальдегид или триоксиметилен остаются в реакционной системе. 1. **Остаточные мономеры и загрязнители сточных вод:** В ходе последующих операций разделения и промывки эти остаточные мономеры выводятся с потоком воды, становясь одним из источников загрязнения сточных вод. Кроме того, часть катализатора, используемого в реакции полимеризации, также может попадать в сточные воды с потоком материала.
2. **Процессы промывки и разделения:** После производства продукт необходимо промыть для удаления примесей и непрореагировавших мономеров. Большие объемы промывочной воды содержат олигомеры полиоксиметилена, остаточные мономеры и некоторые добавки, используемые в процессе производства. В процессе разделения некоторые химические вещества, используемые для разделения, также могут попадать в сточные воды, увеличивая их сложность и уровень загрязнения.
3. **Очистка оборудования:** После длительной эксплуатации на внутренних стенках оборудования для производства полиоксиметилена накапливаются полимеры полиоксиметилена и накипь. В процессе очистки оборудования эти вещества смываются и попадают в сточные воды после очистки. Сточные воды после очистки оборудования обычно содержат высокие концентрации полиоксиметилена и связанных с ним примесей, что делает их значительной составляющей производственных сточных вод.
III. Характеристики сточных вод, содержащих полиоксиметилен (ПОМ)
1. Высокое химическое потребление кислорода (ХПК)
Сточные воды производства ПОМ содержат большое количество органических веществ, включая непрореагировавший формальдегид, триоксиметилен, олигомеры ПОМ и другие органические вещества, образующиеся в процессе производства. Это приводит к чрезвычайно высоким значениям ХПК, иногда достигающим десятков тысяч мг/л. Высокое значение ХПК указывает на высокое содержание органических веществ в сточных водах, что требует применения эффективных методов очистки для снижения уровня загрязнения.
2. Значительные различия в биоразлагаемости
Различные органические компоненты в сточных водах демонстрируют различную степень биоразлагаемости. Малые молекулярные органические соединения, такие как формальдегид, могут быть использованы микроорганизмами при определенных условиях, демонстрируя хорошую биоразлагаемость. Однако крупные молекулы, такие как олигомеры ПОМ, имеют сложную структуру, что затрудняет их разложение микроорганизмами и приводит к низкой биоразлагаемости. Это требует, чтобы процессы очистки учитывали улучшение общей биоразлагаемости сточных вод для более эффективного использования методов биологической очистки.
3. Содержит токсичные и опасные вещества
Некоторые реагенты или катализаторы, используемые в процессе производства, могут содержать токсичные и опасные вещества. Если эти вещества присутствуют в сточных водах, они могут подавлять или даже отравлять микроорганизмы в системе биологической очистки, влияя на эффективность очистки сточных вод. Кроме того, если эти токсичные и вредные вещества сбрасываются в окружающую среду без надлежащей очистки, они нанесут долгосрочный ущерб экосистеме.
IV. Процесс очистки сточных вод с полиоксиметиленом. Наиболее важным аспектом очистки сточных вод с полиоксиметиленом является предварительная очистка, поскольку удаление формальдегида и ХПК имеет решающее значение для последующей очистки. Высокая токсичность формальдегида сильно подавляет активность микроорганизмов во время биологической очистки; если его не удалить заранее, это приведет к низкой эффективности или даже к сбою последующих этапов биологической очистки. Высокое значение ХПК означает, что сточные воды имеют чрезвычайно высокое содержание органических веществ; Если сточные воды попадают непосредственно в последующий процесс очистки, это перегружает систему очистки и затрудняет обеспечение эффективности очистки. Поэтому эффективная предварительная очистка является ключом к обеспечению бесперебойной работы всего процесса очистки сточных вод.
1. Физическая предварительная очистка
Осаждение: Используя силу тяжести, взвешенные частицы и некоторые более плотные полиоксиметиленовые олигомеры в сточных водах оседают на дно. Для некоторых мелких частиц, которые трудно оседают естественным путем, можно добавлять флокулянты (такие как полиалюминийхлорид, полиакриламид и др.), способствующие агрегации частиц в более крупные хлопья, ускоряя процесс осаждения. Осаждение эффективно удаляет некоторые твердые примеси из сточных вод, уменьшая количество носителей формальдегида и других органических веществ, снижая ХПК и уменьшая нагрузку на последующие процессы очистки.
Фильтрация: Используются песчаная фильтрация и фильтрация с активированным углем. Песчаная фильтрация удаляет остаточные мелкие частицы из сточных вод, в то время как фильтрация активированным углем использует пористую структуру активированного угля для адсорбции части растворенного формальдегида и других органических веществ, что дополнительно снижает ХПК, улучшает прозрачность и качество сточных вод и создает благоприятные условия для последующей обработки.
2. Химическая предварительная обработка
Окислительная обработка: К распространенным методам окисления относятся окисление Фентона и окисление озоном. Окисление Фентона использует реакцию ионов железа и перекиси водорода для образования высокоокисляющих гидроксильных радикалов. Эти гидроксильные радикалы атакуют формальдегид и другие органические вещества в сточных водах, окисляя и разлагая их на более мелкие молекулы, снижая концентрацию формальдегида и ХПК. Окисление озоном использует окислительные свойства озона для непосредственной реакции с органическими веществами и формальдегидом, разрывая их химические связи и разлагая их, эффективно снижая содержание формальдегида и значение ХПК.
В установке предварительной очистки сточных вод проекта по производству высококачественного модифицированного полиоксиметилена мощностью 40 000 тонн в год компании Yankuang Lunan Chemical Co., Ltd. используется разработанный нами реактор Фентона с псевдоожиженным слоем (патент № ZL201420213094.6). Этот реактор, созданный на основе существующего реактора Фентона, использует процесс псевдоожиженного слоя для максимального удержания каталитического наполнителя внутри реактора, что приводит к более тщательной каталитической реакции окисления, улучшению качества очищенной воды, снижению дозировки реагентов и уменьшению образования осадка.
Проектный расход составляет 60 м³/ч, при этом содержание ХПК на входе ≤ 5000 мг/л и формальдегида ≤ 500 мг/л. Требования к очищенной воде: ХПК ≤ 500 мг/л и формальдегид ≤ 20 мг/л. Установка стабильно работает уже четыре года.
Нейтрализация: В зависимости от pH сточных вод может потребоваться нейтрализация. Если сточные воды кислые или щелочные, для регулирования pH до подходящего диапазона для последующей обработки добавляются регуляторы pH (например, известь или серная кислота). Подходящее значение pH помогает повысить эффективность процессов предварительной обработки, таких как реакции окисления, лучше удалять формальдегид и снижать ХПК, избегая при этом негативного воздействия на очистное оборудование.
3. Последующая обработка
Биологическая обработка: Предварительно обработанные сточные воды могут быть очищены с использованием биологических процессов, таких как активный ил или биопленочные процессы. В процессе активного ила микроорганизмы активного ила в аэрационном резервуаре питаются остаточными органическими веществами в сточных водах, метаболизируя их в углекислый газ, воду и собственный клеточный материал. В процессе биопленки микроорганизмы внутри биопленки, прикрепленной к упаковочному материалу, разлагают органические вещества. Эти методы биологической обработки позволяют дополнительно удалять биоразлагаемые органические вещества из сточных вод и снижать уровень ХПК.
Усовершенствованная очистка: Для соответствия более строгим стандартам сброса или повторного использования сточных вод необходима усовершенствованная очистка. Например, технология обратного осмоса использует полупроницаемую мембрану под давлением, которая пропускает молекулы воды, задерживая при этом соли и другие мелкие органические молекулы. Ионный обмен может использоваться для удаления определенных ионов из сточных вод, что дополнительно улучшает качество сточных вод, позволяя очищенным сточным водам соответствовать стандартам сброса или быть повторно использованными, достигая двойной цели: рационального использования водных ресурсов и защиты окружающей среды.
