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及超臨界CO2(SCCO2)沉淀聚合反應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)結構的陽離子型聚乙烯甲酰胺丙烯腈脒(PVAA，以下簡稱聚脒)。研究了兩步反應的影響因素，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聚脒進行了表征。在此基礎上，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，并對絮凝機理進行了探討。研究了聚脒與鐵鹽混凝劑復配使用處理活

2、性藍模擬染料廢水的混凝效果，并通過測定出水絮體表面Zeta電位、絮體特性等指標探討了混凝機理。使用SCCO2作為凈化載體，對合成出的聚脒進行了精制，并對精制前后的效果進行了比較。主要研究內容及結論如下:
　　1、采用水溶液聚合反應與超臨界聚合反應兩種方法合成了聚脒，水溶液合成使用了無機氧化還原體系引發(fā)劑與偶氮二異丁脒鹽酸鹽(AIBA)兩種引發(fā)劑。討論了共聚合反應的影響因素，找出了最佳的反應條件。對水解脒化反應的影響因素進行了討論，

3、并摸索了最佳條件。實驗結果表明，影響水溶液聚合反應產率和產物粘度的主要因素包括反應溫度、單體配比、單體濃度、引發(fā)劑量與反應時間等。兩種方法在各自最佳反應條件下，均能夠達到較高的產率，三種方法產率能達到90％以上。水溶液氧化還原引發(fā)體系反應得到聚合物的粘度最低，只有74.3 mL/g，而SCCO2沉淀聚合反應產物粘度最高，達到93.4 mL/g。水溶液聚合反應的反應時間均在2h以上，而SCCO2聚合的反應時間只需要1h，甚至更短。上述數據

4、表明，SCCO2聚合反應在反應時間及產物粘度方面具有優(yōu)勢，主要原因在于超臨界狀態(tài)下的超高傳質速度所致。影響水解脒化反應產率和陽離子電荷密度的主要因素包括脒化溫度、鹽酸用量和反應時間。水解脒化反應的最佳條件為脒化溫度98℃，時間5.0 h，鹽酸用量7.4 mL，此時產率為79.4％，電荷密度為5.66 mmol/L。
　　2、對共聚物結構研究表明在兩反應單體(N-乙烯基甲酰胺與丙烯腈)比例為1∶1時，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)、紫外可見光譜(UV-VIS)、X射線能譜(XPS)、核磁共振譜(NMR)等對聚脒進行表征證明N-乙烯基甲酰胺與丙烯腈發(fā)生了共聚反應，并在隨后的水解脒化反應中形成了環(huán)狀聚脒結構;熱失重分析(DSC-TG)表征證明合成出的聚脒產品具有較高的純度;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行

6、污泥脫水實驗。實驗結果表明，未投加聚脒的污泥體積指數為86％，當聚脒投加量達到40 mg/L時，污泥沉降速率達到最大，污泥體積指數為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)于陽離子聚丙烯酰胺。
　　4、采用聚脒與FeCl3復配，可以有效去除含油廢水中的油分。聚脒與FeCl3在除油過程中發(fā)揮著同等重要作用，F(xiàn)eCl3主要發(fā)揮電中和作用，聚脒同時具有電中和與架橋網捕作用。當復配比例在FeCl3為166 mg/

7、L，聚脒為5.5 mg/L時，除油率可以達到最大值99.9％。聚脒具有環(huán)狀結構，在溶液中處于舒展狀態(tài)，架橋與網捕作用可以有效發(fā)揮，帶有正電荷使其能夠發(fā)揮電中和作用;結構中的碳鏈發(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)復配處理活性藍模擬染料廢水，可以顯著提高兩種混凝劑的脫色效率。FeCl3-PVAA復配最佳投加量為55mg/L+1 mg/L，最適pH為6，脫色率

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

9、去除率及對pH有更廣泛的適應范圍，實際應用性較好。
　　6、采用SCCO2對合成出的聚脒進行了精制。使用響應曲面方程考察了溫度、壓力、流量與時間對精制效果的影響，找出了最佳精制條件;對精制后的聚脒的進行了表征;并對精制后的脫水效果進行了比較。結果表明:通過對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。實驗結果表明溫度和時間對精制效果影響最大，壓力次之，流量對精制效果影響不顯著。最佳