紫外光引發(fā)疏水締合陽離子聚丙烯酰胺及其絮凝性能研究.pdf

1、陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）是一種使用廣泛的有機高分子絮凝劑，而對CPAM進行疏水改性而形成的疏水締合陽離子聚丙烯酰胺（HACPAM）因為疏水締合作用的增強，能強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、時間短、操作簡單等優(yōu)勢，但目前用紫外光引發(fā)聚合HACPAM的研究還相對較少。
　　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)相似但少一個芐基的常用陽離子單體——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做對比。論文從單體AODBAC、DAC的分子結(jié)構(gòu)出發(fā)，對比分析了兩種共聚物在分子鏈微結(jié)構(gòu)、特性粘度、溶解時間、表面形貌、熱穩(wěn)定性、疏水締合性等方面的差異，并進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)品進行對比以考察其應(yīng)用前景。目前，還尚未見用紫外光引發(fā)AODBAC和AM共聚合的報道，也未見把相同條件下合成的共聚物PA

4、A和PAD在以上諸方面進行對比的報道。
　　論文的主要內(nèi)容和結(jié)論如下：
　?、贉y定了紫外光引發(fā)下AM/AODBAC、AM/DAC兩種共聚體系的單體競聚率，并以此為依據(jù)計算分析兩種共聚物組成曲線及序列長度分布的差異。實驗結(jié)果表明，由于兩種共聚物的單體競聚率不同，陽離子單體 DAC在共聚物PAD中傾向于形成無序共聚結(jié)構(gòu)，而陽離子單體AODBAC在共聚物PAA中傾向于形成微嵌段結(jié)構(gòu)；在相同的陽離子單體配比時，共聚物 PAA比 PA

5、D具有更高的陽離子度和更多的陽離子單元長鏈段，而且隨陽離子單體投料比的增加，兩者陽離子單元長鏈段的差異越來越大。
　　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間為優(yōu)化指標(biāo)，通過單因素實驗考察了引發(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、紫外光照時間、單體摩爾比nAODBAC：nAM等合成條件對產(chǎn)物 PAA特性粘度和溶解時間的影響，優(yōu)化得到較適宜的合成條件。并進一步通

6、過正交實驗就單體投料比nAODBAC:nAM，單體總質(zhì)量分?jǐn)?shù)，尿素濃度和引發(fā)劑濃度幾個因素對PAA聚合反應(yīng)的影響進行了顯著性分析。此外，在相同的條件下合成了一系列PAD共聚物，對比了PAA和PAD在特性粘度和溶解時間上的差異。
　?、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）對共聚物PAA和PAD的官能團結(jié)構(gòu)、表面形貌和熱力學(xué)穩(wěn)定性進行了對比分析，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)前陽離子單體在溶液中的聚集、鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止及鏈轉(zhuǎn)移幾個過程，分析了紫外光引發(fā)聚合PAA和PAD的反應(yīng)機理。
　?、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。實驗結(jié)果表明：PAA在

8、水溶液中具有較強的增粘效果，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??；由于疏水芐基的引入，在相同實驗條件下，PAA比PAD表現(xiàn)出更高的疏水締合性和耐鹽性。
　?、輰⒆灾频腜AA絮凝劑用于污泥脫水實驗，考察了陽離子單體配比、投加量、特性粘度、污泥 pH值對 PAA污泥脫水性能的影響。并對比了自制 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，強化了PAA的污泥脫水性能。最后把PAA和三種市售陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑進行了對比，可知自制PAA的污泥脫水性能和使用成本均優(yōu)于市售同類產(chǎn)品，這說明自制PAA絮凝劑用于污泥脫水具有廣闊的應(yīng)用前景。
　?、迣⒆灾芇AA應(yīng)用于模擬含油廢水處理實驗，考察了絮凝劑投加量、特性粘度、AODBAC投料比對PAA除油性能的影響；在此基礎(chǔ)上，進一步考察PAA和無機絮凝劑聚合氯化鋁（PAC

10、）復(fù)配處理含油廢水的效果，考察了PAA投加量、PAC投加量對除油效果的影響。同時研究了PAA單獨使用、PAA和PAC復(fù)配使用兩種情況下，PAA相對于其它幾種有機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)使其在絮凝過程中能同時發(fā)揮電中和、吸附架橋和疏水締合作用，強化其絮凝性能，所以在本實驗條件下，PAA不管是單獨使用還是和PAC配合使用，都比其它幾種有機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