嵌段共聚物P(AM-DMBAC)的制備及其污泥脫水研究.pdf

1、陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）在人工合成有機高分子絮凝劑中的占有率極高，它的特點是溶解性好、分子量高、絮凝效果突出。而傳統(tǒng)CPAM制備方法通常著重于提升聚合物分子量，且存在產(chǎn)物陽離子單體單元不集中、隨機分布、不能完全發(fā)揮其電中和優(yōu)勢的問題，關于CPAM的序列結構分布對絮凝脫水性能的影響關注不夠，也鮮見此類研究。同時，紫外光引發(fā)的速度快，反應前后不會造成污染，操作簡便且這類反應所需活化能較低，具有節(jié)能優(yōu)點，也可以減少引發(fā)劑用量，具有良好的發(fā)

2、展前景。
　　本研究旨在通過紫外光引發(fā)的方式，將具有疏水基團和親水基團的表面活性單體與丙烯酰胺單體進行無皂乳液聚合，開發(fā)一種純度高、線性好、溶解性好的新型CPAM絮凝劑，并探索共聚物分子鏈嵌段結構對其性質的影響。故論文利用甲基丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨（DMBAC）單體與丙烯酰胺（AM）單體在紫外光引發(fā)條件下發(fā)生共聚反應，合成新型陽離子聚丙烯酰胺P（AM-DMBAC）（PAB）絮凝劑。同時，選擇一個結構相似卻比 DMBAC單體少

3、一個芐基的陽離子單體甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC），在相同環(huán)境下進行對比，合成共聚物 P（AM-DMC）（PAD）。論文從共聚物分子鏈的微結構著手，對共聚物PAB和PAD中的陽離子單體競聚率、組成結構、序列長度、熱穩(wěn)定性進行對比分析?？疾炝丝倖误w質量分數(shù)、尿素、EDTA-2Na、反應體系 pH、紫外光引發(fā)時間、單體摩爾配比、引發(fā)劑用量等單因素對聚合反應轉化率及特性粘度的影響。并與市售的CPAM產(chǎn)品進行對比，研究共聚物PAB序列結

4、構對其絮凝性能的影響。通過競聚率計算以及對共聚物組成方程、單體的序列分布結構的對比分析，發(fā)現(xiàn)在PAD聚合物中，AM單體和DMC單體的競聚率數(shù)值均小于1，在聚合反應中表現(xiàn)為無規(guī)共聚。在PAB聚合物中，AM的競聚率小于1，DMBAC的競聚率高于1，表明AM趨向共聚，而DMBAC趨向均聚，遵循嵌均共聚合機理，說明表面活性單體 DMBAC在聚合物PAB分子主鏈上呈微嵌段結構。且投料比相同時， DMBAC的陽離子度更高，嵌段長度更長，陽離子電荷分

5、布更集中。利用單因素實驗與響應曲面法對PAB在聚合反應中的轉化率及粘度進行優(yōu)化，表明最佳的合成條件為：紫外光照時間為1h、引發(fā)劑濃度為0.03％、增溶劑尿素濃度為2.0%、反應體系pH為4、絡合劑EDTA-2Na濃度為0.4%、單體摩爾配比為n(DMBAC):n(AM)=1:9、總單體質量分數(shù)為40%。此時，PAB的轉化率為99.17%，特性粘度為10.86dL/g。通過采用紅外光譜（FTIR）、核磁氫譜（1H NMR）和差熱-熱重分析

6、（DSC-TGA）等表征手段對共聚物PAD和PAB的分子結構及熱力學穩(wěn)定性進行了分析。并證明了在紫外光引發(fā)條件下，成功合成了兩種共聚物PAD和PAB，兩者具有相似的化學結構，在常溫下都具有良好的熱穩(wěn)定性且聚合物PAB具備微嵌段結構。將絮凝劑PAB進行污泥脫水實驗，探究投加量及序列分布結構對其絮凝脫水性能的影響，通過與PAD及市售CPAM對比分析可知，具有微嵌段結構的共聚物PAB調理的污泥脫水性能最好，結合其Zeta電位的變化趨勢，表明在

7、電中和及橋聯(lián)作用下，能夠強化絮凝劑PAB的脫水性能。且絮凝劑PAB在使用量為40mg/L時，F(xiàn)CMC、SRF和RTS都達到最小值。通過探究絮凝脫水實驗過程中，溶解性胞外聚合物（SEPS）的變化，表明陽離子微嵌段結構可以增強共聚物PAB的電中和能力及橋聯(lián)能力，從而可以更有效地去除SEPS中的總蛋白質（PN），這有利于降低污泥的粘度和可壓縮性。掃描電鏡（SEM）及絮體形態(tài)特征實驗表明，由共聚物PAB調理后的污泥形成的絮體尺寸更大而且更致密，