氫氧化鋁—聚丙烯酰胺雜化材料的制備和稀溶液行為及其絮凝性能研究.pdf

1、有機-無機雜化材料既具有無機物的性能,又兼?zhèn)溆袡C材料的優(yōu)點,已引起人們的廣泛關注。在用于水處理的各類絮凝劑中,復合絮凝劑被認為是未來絮凝劑的發(fā)展方向之一。基于前期對無機/有機復合絮凝劑的系統(tǒng)研究,本論文設計合成了離子鍵型和共價鍵型無機—有機雜化絮凝劑。采用原位聚合法制備了一類無機—有機離子鍵型雜化絮凝劑:氫氧化鋁—聚丙烯酰胺離子鍵型雜化絮凝劑(I-hPAM)和坡縷石—聚丙烯酰胺離子鍵型雜化絮凝劑(I-hMPAM)。采用1H-NMR、瓜、

2、粘度、電導、SEC、TEM和TGA等手段對離子型雜化絮凝劑進行了表征,表明得到的雜化物是離子鍵結合的星型結構的雜化PAM。系統(tǒng)考察了氫氧化鋁的粒徑、含量對原位聚合的影響,發(fā)現在原位聚合的過程中,隨氫氧化鋁膠體粒徑的增大,I-hPAM的特性粘數先升高而后下降;隨氫氧化鋁膠體用量增加,I-hPAM的特性粘數則降低。采用氫氧化鋁與一縮二乙二醇酯化反應所得的氫氧化鋁—一縮二乙二醇雜化物(HDA)與Ce4+鹽組成氧化還原引發(fā)體系,引發(fā)丙烯酰胺原位

3、聚合制備了氫氧化鋁—聚丙烯酰胺共價鍵雜化物(C-hPAM);引發(fā)丙烯酰胺與氯化二甲胺氧乙基丙烯酸酯(DMC)共聚合,獲得了陽離子型共價鍵雜化聚丙烯酰胺(C-hCPAM)。采用1H-NMR、IR、粘度、電導、TEM和TGA法等手段對雜化物進行了表征,表明雜化物是一種無機—有機相間以共價鍵相連的星型結構的雜化物.考察了HDA對丙烯酰胺原位聚合的影響,發(fā)現隨HDA中氫氧化鋁粒徑的增加,C-hPAM的分子量降低,以及某一最佳HDA用量時可獲最大

4、分子量的C-hPAM。采用粘度法對氫氧化鋁—聚丙烯酰胺雜化物的稀溶液性質進行了系統(tǒng)研究。發(fā)現在稀溶液狀態(tài)下,與純聚丙烯酰胺不同,雜化聚丙烯酰胺的粘度行為偏離Huggins方程。即,離子型雜化聚丙烯酰胺I-hPAM的ηsp/C~C曲線呈向下彎折(Downturn)。并研究了I-hpAM雜化物的分子量、氫氧化鋁粒徑和含量等因素對稀溶液粘度偏離行為的影響,發(fā)現ηsp/C~C曲線開始下折時的濃度C-d,隨雜化物中氫氧化鋁粒徑和含量增加而增大,隨

5、雜化物分子量升高而降低。而共價鍵型雜化聚丙烯酰胺C-hPAM的剛ηsp/C~C曲線則呈向上彎折(Upturn),相反于I-hPAM雜化物的稀溶液粘度行為,但類同于多臂星型聚合物和樹狀高分子的溶液粘度行為。系統(tǒng)考察了C-hPAM雜化物的分子量、氫氧化鋁粒徑和含量等因素對稀溶液粘度偏離行為的影響,發(fā)現nsv/C一C曲線開始上彎時的濃度Cu,隨雜化物中氫氧化鋁含量增大而升高,隨雜化物分子量和氫氧化鋁粒徑增大而降低。采用電導法和SEC研究了雜化

6、聚丙烯酞胺在稀溶液中的電離行為。發(fā)現C.llPAM的K一C關系曲線呈線性行為,即在稀溶液中不發(fā)生電離。但I.hPAM和1.加過R叼邊的K一C關系曲線呈非線性行為,存在似平臺區(qū)。若定義KC曲線開始呈平臺時的濃度為Ck,則發(fā)現I一址城M雜化物的分子量、氫氧化鋁粒徑和含量等因素對Ck的影響規(guī)律十分類同于對Cd值的影響規(guī)律。在研究1.班叭M和I.hN田AM離子型雜化物的SEC譜圖的進樣始濃度依賴性時發(fā)現,低進樣始濃度會導致其SEC譜出現明顯的多

7、峰和肩峰,這是其電離及星型結構特征所致。由此表明,離子鍵型雜化物稀溶液粘度的異常行為是由其電離所致。考察各類雜化PAM絮凝劑處理高嶺土懸浮液,發(fā)現其絮凝效果存在最佳無機用量以及無機粒子的粒徑越小,則絮凝效果越好的規(guī)律。對五種分別帶有不同鏈末端基的聚丙烯酞胺(PAM,s住理.PAM,I一班叭M,1.bJ城R劃隨和C七PAM)的絮凝效果進行比較,發(fā)現在相同實驗條件下,絮凝效果按上述順序依次變好,雜化絮凝劑絮凝形成的球狀絮體較純聚丙烯酞胺的松

8、散的線團狀絮體更密實。在相同加量下,C.hPAM的絮凝效果較純PAM提高2倍以上,形成的絮體的抗剪切穩(wěn)定性提高3倍以上。同時,還考察了陽離子型共價鍵雜化聚丙烯酞胺(C一hCPAM)對高嶺土廢水的絮凝效果,發(fā)現C一hCPAM最佳用量比純陽離子聚丙烯酞胺(CpAM)減少了50％,而最佳絮凝效果卻比CPAM絮凝劑的提高了30%。將C一hCPAM用于處理實際廢水其絮凝效果也明顯優(yōu)于CPAM絮凝劑。應用高分子溶液的團簇理論闡明高分子絮凝劑的絮凝機

9、理,發(fā)現稀溶液中高分子鏈團簇的形成是產生最佳絮凝的必要條件。對雜化絮凝劑的絮凝機理進行了初步探索,認為雜化PAM的雜化結構既有利于發(fā)揮無機絮凝劑的電中和、吸附及有機絮凝劑的架橋作用,又有利于聚合物鏈團簇的形成。基于高分子溶液的團簇理論和實驗及文獻絮凝數據的分析,提出了高分子絮凝劑最佳添加量(Cod)、高嶺土懸浮液濃度(Css)及高分子稀溶液動態(tài)接觸濃度(cs)之間定量線性關系式,Cod=5.74*104(Cs·css)0.5-3.1。揭