聚乙烯基甲酰胺丙烯腈脒高分子絮凝劑的制備、性能與絮凝效果研究.pdf

1、本論文使用水溶液聚合反應(yīng)及超臨界CO2(SCCO2)沉淀聚合反應(yīng)合成了中間體共聚物聚乙烯甲酰胺丙烯腈，而后水解脒化制備了帶有五元環(huán)結(jié)構(gòu)的陽(yáng)離子型聚乙烯甲酰胺丙烯腈脒(PVAA，以下簡(jiǎn)稱聚脒)。研究了兩步反應(yīng)的影響因素，并找出了最佳合成條件。利用傅里葉變換紅外光譜儀、核磁共振譜儀等多種方法對(duì)聚脒進(jìn)行了表征。在此基礎(chǔ)上，研究了使用聚脒作為絮凝劑在污泥脫水及含油廢水處理等方面的效果，并對(duì)絮凝機(jī)理進(jìn)行了探討。研究了聚脒與鐵鹽混凝劑復(fù)配使用處理活

2、性藍(lán)模擬染料廢水的混凝效果，并通過(guò)測(cè)定出水絮體表面Zeta電位、絮體特性等指標(biāo)探討了混凝機(jī)理。使用SCCO2作為凈化載體，對(duì)合成出的聚脒進(jìn)行了精制，并對(duì)精制前后的效果進(jìn)行了比較。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:
　　1、采用水溶液聚合反應(yīng)與超臨界聚合反應(yīng)兩種方法合成了聚脒，水溶液合成使用了無(wú)機(jī)氧化還原體系引發(fā)劑與偶氮二異丁脒鹽酸鹽(AIBA)兩種引發(fā)劑。討論了共聚合反應(yīng)的影響因素，找出了最佳的反應(yīng)條件。對(duì)水解脒化反應(yīng)的影響因素進(jìn)行了討論，

3、并摸索了最佳條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，影響水溶液聚合反應(yīng)產(chǎn)率和產(chǎn)物粘度的主要因素包括反應(yīng)溫度、單體配比、單體濃度、引發(fā)劑量與反應(yīng)時(shí)間等。兩種方法在各自最佳反應(yīng)條件下，均能夠達(dá)到較高的產(chǎn)率，三種方法產(chǎn)率能達(dá)到90％以上。水溶液氧化還原引發(fā)體系反應(yīng)得到聚合物的粘度最低，只有74.3 mL/g，而SCCO2沉淀聚合反應(yīng)產(chǎn)物粘度最高，達(dá)到93.4 mL/g。水溶液聚合反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間均在2h以上，而SCCO2聚合的反應(yīng)時(shí)間只需要1h，甚至更短。上述數(shù)據(jù)

4、表明，SCCO2聚合反應(yīng)在反應(yīng)時(shí)間及產(chǎn)物粘度方面具有優(yōu)勢(shì)，主要原因在于超臨界狀態(tài)下的超高傳質(zhì)速度所致。影響水解脒化反應(yīng)產(chǎn)率和陽(yáng)離子電荷密度的主要因素包括脒化溫度、鹽酸用量和反應(yīng)時(shí)間。水解脒化反應(yīng)的最佳條件為脒化溫度98℃，時(shí)間5.0 h，鹽酸用量7.4 mL，此時(shí)產(chǎn)率為79.4％，電荷密度為5.66 mmol/L。
　　2、對(duì)共聚物結(jié)構(gòu)研究表明在兩反應(yīng)單體(N-乙烯基甲酰胺與丙烯腈)比例為1∶1時(shí)，聚合物中兩單體單元的平均組成比例

5、為1∶1，兩單體單元在聚合物中的呈間隔排列的概率為63％左右。采用傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)、紫外可見(jiàn)光譜(UV-VIS)、X射線能譜(XPS)、核磁共振譜(NMR)等對(duì)聚脒進(jìn)行表征證明N-乙烯基甲酰胺與丙烯腈發(fā)生了共聚反應(yīng)，并在隨后的水解脒化反應(yīng)中形成了環(huán)狀聚脒結(jié)構(gòu);熱失重分析(DSC-TG)表征證明合成出的聚脒產(chǎn)品具有較高的純度;由凝膠色譜(GPC)分析表明，合成的聚脒分子量較高，分布較窄。
　　3、采用合成出的聚脒進(jìn)行

6、污泥脫水實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，未投加聚脒的污泥體積指數(shù)為86％，當(dāng)聚脒投加量達(dá)到40 mg/L時(shí)，污泥沉降速率達(dá)到最大，污泥體積指數(shù)為45％，濾餅含水量可降低至77.7％，聚脒在污泥脫水速率方面明顯優(yōu)于陽(yáng)離子聚丙烯酰胺。
　　4、采用聚脒與FeCl3復(fù)配，可以有效去除含油廢水中的油分。聚脒與FeCl3在除油過(guò)程中發(fā)揮著同等重要作用，F(xiàn)eCl3主要發(fā)揮電中和作用，聚脒同時(shí)具有電中和與架橋網(wǎng)捕作用。當(dāng)復(fù)配比例在FeCl3為166 mg/

7、L，聚脒為5.5 mg/L時(shí)，除油率可以達(dá)到最大值99.9％。聚脒具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，在溶液中處于舒展?fàn)顟B(tài)，架橋與網(wǎng)捕作用可以有效發(fā)揮，帶有正電荷使其能夠發(fā)揮電中和作用;結(jié)構(gòu)中的碳鏈發(fā)揮疏水性作用，擠出水分，這些特性使其具有良好的絮凝與脫水性能。
　　5、使用聚脒與氯化鐵、聚合氯化鐵(PFC)復(fù)配處理活性藍(lán)模擬染料廢水，可以顯著提高兩種混凝劑的脫色效率。FeCl3-PVAA復(fù)配最佳投加量為55mg/L+1 mg/L，最適pH為6，脫色率

8、可達(dá)99％; PFC-PVAA復(fù)配最佳投加量為40 mg/L+3 mg/L，在pH6～9范圍內(nèi)對(duì)活性藍(lán)都有較高的去除率，最高脫色率可達(dá)96％。聚脒的加入可以一定程度上提高混凝過(guò)程中產(chǎn)生絮體的破碎后再生能力。FeCl3-PVAA及PFC-PVAA兩種復(fù)配混凝體系產(chǎn)生的絮體，隨著剪切力的增加，絮體容易破碎，但再生能力較強(qiáng)。FeCl3-PVAA較PFC-PVAA復(fù)配體系抗剪切能力更強(qiáng)。FeCl3-PVAA復(fù)配在所研究的條件下對(duì)于活性藍(lán)有更高的

9、去除率及對(duì)pH有更廣泛的適應(yīng)范圍，實(shí)際應(yīng)用性較好。
　　6、采用SCCO2對(duì)合成出的聚脒進(jìn)行了精制。使用響應(yīng)曲面方程考察了溫度、壓力、流量與時(shí)間對(duì)精制效果的影響，找出了最佳精制條件;對(duì)精制后的聚脒的進(jìn)行了表征;并對(duì)精制后的脫水效果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明:通過(guò)對(duì)精制前后的聚脒的粘度和電荷密度比較，表明超臨界精制能夠很好的脫除殘留單體、引發(fā)劑和小分子物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明溫度和時(shí)間對(duì)精制效果影響最大，壓力次之，流量對(duì)精制效果影響不顯著。最佳