紫外光引發(fā)疏水締合陽(yáng)離子聚丙烯酰胺及其絮凝性能研究.pdf

1、陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（CPAM）是一種使用廣泛的有機(jī)高分子絮凝劑，而對(duì)CPAM進(jìn)行疏水改性而形成的疏水締合陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（HACPAM）因?yàn)槭杷喓献饔玫脑鰪?qiáng)，能強(qiáng)化高分子和污水中膠體顆粒的相互作用，并提高絮體的相轉(zhuǎn)變能力，具有更好的絮凝性能。此外，在合成聚合物的各種引發(fā)方式中，紫外光引發(fā)具有能耗低、時(shí)間短、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，但目前用紫外光引發(fā)聚合HACPAM的研究還相對(duì)較少。
　　論文立足于新型紫外光引發(fā)聚合體系，旨在制備出一種聚合

2、時(shí)間短、溶解性好、新型、高效的HACPAM絮凝劑，并力求揭示絮凝劑結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，以便為其制備與工程化應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。因此，論文采用一種表面活性單體——丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨（AODBAC）與AM在紫外光引發(fā)下共聚生成疏水締合陽(yáng)離子聚丙烯酰胺P(AM-AODBAC)(PAA)。為了更好地揭示聚合物分子結(jié)構(gòu)與其締合結(jié)構(gòu)、絮凝性能的關(guān)系，論文選用了與AODBAC結(jié)構(gòu)相似但少一個(gè)芐基的常用陽(yáng)離子單體——丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DA

3、C）在相同的合成條件下和AM共聚，得到的產(chǎn)物P(AM-DAC)(PAD)用作同PAA做對(duì)比。論文從單體AODBAC、DAC的分子結(jié)構(gòu)出發(fā)，對(duì)比分析了兩種共聚物在分子鏈微結(jié)構(gòu)、特性粘度、溶解時(shí)間、表面形貌、熱穩(wěn)定性、疏水締合性等方面的差異，并進(jìn)一步比較了兩種共聚物在污泥脫水和含油廢水處理中的絮凝性能，然后把PAA同市售產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比以考察其應(yīng)用前景。目前，還尚未見(jiàn)用紫外光引發(fā)AODBAC和AM共聚合的報(bào)道，也未見(jiàn)把相同條件下合成的共聚物PA

4、A和PAD在以上諸方面進(jìn)行對(duì)比的報(bào)道。
　　論文的主要內(nèi)容和結(jié)論如下：
　?、贉y(cè)定了紫外光引發(fā)下AM/AODBAC、AM/DAC兩種共聚體系的單體競(jìng)聚率，并以此為依據(jù)計(jì)算分析兩種共聚物組成曲線(xiàn)及序列長(zhǎng)度分布的差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于兩種共聚物的單體競(jìng)聚率不同，陽(yáng)離子單體 DAC在共聚物PAD中傾向于形成無(wú)序共聚結(jié)構(gòu)，而陽(yáng)離子單體AODBAC在共聚物PAA中傾向于形成微嵌段結(jié)構(gòu)；在相同的陽(yáng)離子單體配比時(shí)，共聚物 PAA比 PA

5、D具有更高的陽(yáng)離子度和更多的陽(yáng)離子單元長(zhǎng)鏈段，而且隨陽(yáng)離子單體投料比的增加，兩者陽(yáng)離子單元長(zhǎng)鏈段的差異越來(lái)越大。
　　②為優(yōu)化聚合物PAA的吸附架橋性能和溶解性能，以聚合物的特性粘度和溶解時(shí)間為優(yōu)化指標(biāo)，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)考察了引發(fā)劑濃度、單體總質(zhì)量分?jǐn)?shù)、增溶劑尿素濃度、絡(luò)合劑EDTA濃度、反應(yīng)體系pH、紫外光照時(shí)間、單體摩爾比nAODBAC：nAM等合成條件對(duì)產(chǎn)物 PAA特性粘度和溶解時(shí)間的影響，優(yōu)化得到較適宜的合成條件。并進(jìn)一步通

6、過(guò)正交實(shí)驗(yàn)就單體投料比nAODBAC:nAM，單體總質(zhì)量分?jǐn)?shù)，尿素濃度和引發(fā)劑濃度幾個(gè)因素對(duì)PAA聚合反應(yīng)的影響進(jìn)行了顯著性分析。此外，在相同的條件下合成了一系列PAD共聚物，對(duì)比了PAA和PAD在特性粘度和溶解時(shí)間上的差異。
　?、劾眉t外光譜（FTIR）、核磁氫譜（1H NMR）、掃描電子顯微鏡（SEM）和差熱-熱重分析（DSC-TGA）對(duì)共聚物PAA和PAD的官能團(tuán)結(jié)構(gòu)、表面形貌和熱力學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果表明：PAA

7、和PAD的化學(xué)結(jié)構(gòu)相似但差一個(gè)芐基；兩者的分子鏈具有不同的微結(jié)構(gòu)，在常溫下都具有良好的熱穩(wěn)定性；PAA比PAD具有更多的微孔結(jié)構(gòu)，分形維數(shù)更大，這有利于其在水處理過(guò)程中的絮凝效果。此外，以自由基聚合理論為基礎(chǔ)，從反應(yīng)前陽(yáng)離子單體在溶液中的聚集、鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈終止及鏈轉(zhuǎn)移幾個(gè)過(guò)程，分析了紫外光引發(fā)聚合PAA和PAD的反應(yīng)機(jī)理。
　?、懿捎谜扯确疾炝薖AA、PAD兩系列共聚物的溶液性質(zhì)，并比較了兩者的差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：PAA在

8、水溶液中具有較強(qiáng)的增粘效果，而且隨著AODBAC含量和聚合物特性粘度的增加，PAA共聚物溶液的表觀粘度增大，而其臨界締合濃度C*減?。挥捎谑杷S基的引入，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，PAA比PAD表現(xiàn)出更高的疏水締合性和耐鹽性。
　　⑤將自制的PAA絮凝劑用于污泥脫水實(shí)驗(yàn)，考察了陽(yáng)離子單體配比、投加量、特性粘度、污泥 pH值對(duì) PAA污泥脫水性能的影響。并對(duì)比了自制 PAA和PAD在不同投加量和不同pH條件下的污泥脫水性能，結(jié)合Zeta電位

9、的測(cè)試結(jié)果可知，電中和、吸附架橋和疏水締合作用三者協(xié)同工作，強(qiáng)化了PAA的污泥脫水性能。最后把PAA和三種市售陽(yáng)離子聚丙烯酰胺絮凝劑進(jìn)行了對(duì)比，可知自制PAA的污泥脫水性能和使用成本均優(yōu)于市售同類(lèi)產(chǎn)品，這說(shuō)明自制PAA絮凝劑用于污泥脫水具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　⑥將自制PAA應(yīng)用于模擬含油廢水處理實(shí)驗(yàn)，考察了絮凝劑投加量、特性粘度、AODBAC投料比對(duì)PAA除油性能的影響；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考察PAA和無(wú)機(jī)絮凝劑聚合氯化鋁（PAC

10、）復(fù)配處理含油廢水的效果，考察了PAA投加量、PAC投加量對(duì)除油效果的影響。同時(shí)研究了PAA單獨(dú)使用、PAA和PAC復(fù)配使用兩種情況下，PAA相對(duì)于其它幾種有機(jī)高分子絮凝劑的除油效果的差異。結(jié)果表明：PAA特有的分子結(jié)構(gòu)使其在絮凝過(guò)程中能同時(shí)發(fā)揮電中和、吸附架橋和疏水締合作用，強(qiáng)化其絮凝性能，所以在本實(shí)驗(yàn)條件下，PAA不管是單獨(dú)使用還是和PAC配合使用，都比其它幾種有機(jī)高分子絮凝劑具有更好的除油效果；PAA與PAC配合使用，能發(fā)揮較好的