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(jī)高分子絮凝劑中的占有率極高，它的特點(diǎn)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(jī)分布、不能完全發(fā)揮其電中和優(yōu)勢(shì)的問題，關(guān)于CPAM的序列結(jié)構(gòu)分布對(duì)絮凝脫水性能的影響關(guān)注不夠，也鮮見此類研究。同時(shí)，紫外光引發(fā)的速度快，反應(yīng)前后不會(huì)造成污染，操作簡(jiǎn)便且這類反應(yīng)所需活化能較低，具有節(jié)能優(yōu)點(diǎn)，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(tuán)和親水基團(tuán)的表面活性單體與丙烯酰胺單體進(jìn)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(jié)構(gòu)對(duì)其性質(zhì)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(yīng)，合成新型陽離子聚丙烯酰胺P（AM-DMBAC）（PAB）絮凝劑。同時(shí)，選擇一個(gè)結(jié)構(gòu)相似卻比 DMBAC單體少

3、一個(gè)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(jìn)行對(duì)比，合成共聚物 P（AM-DMC）（PAD）。論文從共聚物分子鏈的微結(jié)構(gòu)著手，對(duì)共聚物PAB和PAD中的陽離子單體競(jìng)聚率、組成結(jié)構(gòu)、序列長(zhǎng)度、熱穩(wěn)定性進(jìn)行對(duì)比分析?？疾炝丝倖误w質(zhì)量分?jǐn)?shù)、尿素、EDTA-2Na、反應(yīng)體系 pH、紫外光引發(fā)時(shí)間、單體摩爾配比、引發(fā)劑用量等單因素對(duì)聚合反應(yīng)轉(zhuǎn)化率及特性粘度的影響。并與市售的CPAM產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比，研究共聚物PAB序列結(jié)

4、構(gòu)對(duì)其絮凝性能的影響。通過競(jìng)聚率計(jì)算以及對(duì)共聚物組成方程、單體的序列分布結(jié)構(gòu)的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)在PAD聚合物中，AM單體和DMC單體的競(jìng)聚率數(shù)值均小于1，在聚合反應(yīng)中表現(xiàn)為無規(guī)共聚。在PAB聚合物中，AM的競(jìng)聚率小于1，DMBAC的競(jìng)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(jī)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(jié)構(gòu)。且投料比相同時(shí)， DMBAC的陽離子度更高，嵌段長(zhǎng)度更長(zhǎng)，陽離子電荷分

5、布更集中。利用單因素實(shí)驗(yàn)與響應(yīng)曲面法對(duì)PAB在聚合反應(yīng)中的轉(zhuǎn)化率及粘度進(jìn)行優(yōu)化，表明最佳的合成條件為：紫外光照時(shí)間為1h、引發(fā)劑濃度為0.03％、增溶劑尿素濃度為2.0%、反應(yīng)體系pH為4、絡(luò)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%。此時(shí)，PAB的轉(zhuǎn)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(duì)共聚物PAD和PAB的分子結(jié)構(gòu)及熱力學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)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(xué)結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)。將絮凝劑PAB進(jìn)行污泥脫水實(shí)驗(yàn)，探究投加量及序列分布結(jié)構(gòu)對(duì)其絮凝脫水性能的影響，通過與PAD及市售CPAM對(duì)比分析可知，具有微嵌段結(jié)構(gòu)的共聚物PAB調(diào)理的污泥脫水性能最好，結(jié)合其Zeta電位的變化趨勢(shì)，表明在

7、電中和及橋聯(lián)作用下，能夠強(qiáng)化絮凝劑PAB的脫水性能。且絮凝劑PAB在使用量為40mg/L時(shí)，F(xiàn)CMC、SRF和RTS都達(dá)到最小值。通過探究絮凝脫水實(shí)驗(yàn)過程中，溶解性胞外聚合物（SEPS）的變化，表明陽離子微嵌段結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)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(zhì)（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(shí)驗(yàn)表明，由共聚物PAB調(diào)理后的污泥形成的絮體尺寸更大而且更致密，