模板聚合阳离子聚丙烯酰胺PDA的合成及其污泥脱水性能研究

摘要

阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）是目前使用广泛的污泥调理剂。随着水质的不断恶化和排水量的不断增大，导致污水处理量增多和处理深度加大，进而污泥量变大。因而对于阳离子聚丙稀酰胺（CPAM），无论是其需求量还是种类都必不可少。然而传统的阳离子聚丙稀酰胺（CPAM）大多阳离子单元分布不集中而使得正电荷密度较小，从而限制了其在污泥脱水中的应用。那么，探讨出阳离子单元集中、充分发挥污泥脱水中絮凝效果的阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）显得非常有意义。
　　本论文采用丙烯酰胺（AM）单体和二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）单体为聚合单元物质，模板选用了聚丙烯酸钠（PAAS），伴有络合剂EDTA、偶氮引发剂V-044，在一定pH条件下，以紫外光引发方式，制备P（AM-DMDAAC）产品。
　　通过红外光谱（FT-IR）和核磁共振氢谱（P1PH NMR）两种表征手段可以看出，已合成阳离子聚丙稀酰胺 P（AM-DMDAAC）产品且有微嵌段结构产生；通过差热—热重分析（DTA-TGA）可以看出，该产品具有很好的热稳定性，不易分解，且根据其分解过程，P（AM-DMDAAC）产品产生了微嵌段结构。
　　通过测定添加模板前后反应体系中单体竞聚率，通过反应动力学特征考察了模板在聚合反应当中机理。对比未添加模板和添加模板，添加模板之后阳离子单体 DMDAAC的竞聚率明显增大，说明模板的加入提高了阳离子单体DMDAAC的反应活性，使其更倾向于共聚，同时改变聚合物序列，可能产生微嵌段结构。
　　通过单因素分析法，以聚合产物的特性粘度和转化率为指标，考察了各因素对聚合反应的影响，确定了最佳的合成条件：单体质量比为m（AM）：m（DMDAAC）=7：3，总单体质量分数为20％，引发剂（V-044）用量为0.04wt%，EDTA用量为0.3wt%，反应体系的pH值为8，紫外光照时间为90min。在此合成条件下，其特性粘度和转化率最高能够达到11.3dL/g和转化率达到97.2%。
　　通过污泥脱水单因素实验，分析污泥脱水实验后的污泥含水率、滤液浊度、比阻及Zeta电位等结果，分析显示：P（AM-DMDAAC）最佳投加量为30~50mg/L。在污泥 pH值为6~8时，特性粘度为11.3dL/g，阳离子度为30%，污泥脱水效果较好，其脱水后的污泥含水率达到72.1~72.9%，滤液浊度为6.1~7.1NTU，比阻为2.1~2.5（m/kg）(×10P12P)；对比添加模板与未添加模板聚合合成的 P（AM-DMDAAC）的污泥脱水效果比较说明：添加模板的 P（AM-DMDAAC）产品有着更优异的污泥脱水性能。而且通过滤液的Zeta电位曲线图得知，模板聚合得到的P（AM-DMDAAC）的电中和能力得到了明显改善；最后把实验室自制的P（AM-DMDAAC）与市售的重庆和日本的CPAM产品的污泥脱水效果对比，得出实验室自制的 P（AM-DMDAAC）比市售产品污泥脱水效果较好，且实验室自制的 P（AM-DMDAAC）具有更宽的絮凝投加量范围，有利于应用。

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1 绪论

1.1 污泥的现状

1.2 絮凝剂在污泥处理中的应用

1.3 阳离子聚丙烯酰胺的研究现状

1.4 研究的目的、意义及内容

1.5 研究的技术路线

2模板聚合合成P（AM-DMDAAC）的表征分析

2.1 前言

2.2 实验药品与仪器

2.3 试验方法

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

3模板聚合合成P(AM-DMDAAC)的机理探讨

3.1 前言

3.2 实验药品与仪器

3.3 试验方法

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

4阳离子聚丙烯酰胺（PAM-DMDAAC）的合成

4.1 前言

4.2 实验药品与仪器

4.3实验方法

4.4 单因素实验结果与分析

4.5本章小结

5模板聚合合成P（AM-DMDAAC）的应用

5.1 前言

5.2 实验药品与仪器

5.3 试验方法

5.4 结果与讨论

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间申请的专利目录

C. 作者在攻读硕士学位期间获奖情况