二甲基二烯丙基氯化铵-丙烯酰胺共聚物的双水相合成及应用

摘要

随着现代化的推进，工业及生活废水中的有机质含量显著提高。这些含有机物或胶体的水体系都带负电荷，故使用阳离子高分子絮凝剂能产生很好的絮凝净化作用，因此，絮凝剂阳离子化是未来发展的重要方向之一。二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）和丙烯酰胺（AM）反应生成的阳离子型聚丙烯酰胺是一种具有高效无毒，正电荷密度高，成本低等优点的聚合物，故在水处理方面的运用比较普遍。
　　本文采用过硫酸铵-亚硫酸氢钠氧化还原体系，以AM、DMDAAC为共聚单体，以聚乙二醇（PEG）为分散介质，通过双水相共聚法制备阳离子型聚丙烯酰胺类絮凝剂P(AM-DMDAAC)。对共聚反应工艺条件进行了优化、双水相共聚合的相关理论进行了研究，也对聚合产物的结构和性能进行了表征，并将产物应用于模拟废水，获得了有意义的结论。
　　（1）采用单因素试验探索聚合反应条件，并考察各因素对共聚反应产物相对分子质量和阳离子度的影响。设计4因素3水平（L9(34)）正交实验，探究制备较高粘均分子量和较大阳离子度的阳离子聚丙烯酰胺的最佳工艺条件。
　　（2）分析聚合产物的红外图谱，确定AM与DMDAAC是否共聚。
　　（3）研究了AM-DMDAAC二元共聚物微分方程，按照K-T法、F-R法、YBR法计算出单体AM和DMDAAC在共聚反应过程中的竞聚率，研究聚合的类型以及利用竞聚率绘制F-f图。
　　（4）探究绘制了双水相聚合体系液/液边界图，研究双水相体系分相时两高聚物质量分数关系，绘制分相图，同时研究了AM-DMDAAC的反应动力学，并绘出动力学曲线。
　　（5）将最终合成产物在模拟污水处理中进行实际应用，考察聚合产物阳离子度和粘均分子量对去浊率的影响，并采用单因素试验探索絮凝反应条件，并考察各因素对去浊率的影响。设计L9(34)正交实验，探究絮凝试验的最佳反应条件。
　　通过单因素实验可知：阳离子度随着引发剂用量增加、单体配比变大、PEG含量增多、pH值升高及温度升高都先增加后减小；粘均分子量随着引发剂用量增加、单体配比变大、PEG含量增多、pH值升高都先增加后减小，而温度在55℃-65℃时对粘均分子量的影响不大，当高于65℃时才会使粘均分子量下降。由正交试验可知：在单体配比为6:1，m(PEG)=7g，T=65℃，引发剂（过硫酸铵、亚硫酸氢钠）各1.6mL，pH=8.5的条件下，合成的P(AM-DMDAAC)的粘均分子量最大，可达9.395×105，其中各单因素影响作用的主次顺序为：pH＞温度＞引发剂用量＞单体配比；在单体配比为7:1，引发剂各1.6mL，m(PEG)=7g，T=65℃，pH=7的最优条件下，合成的P(AM-DMDAAC)阳离子度最大可达7.465％，且各因素的主次顺序为：单体配比＞pH＞温度＞引发剂用量。产物对废水的去浊率随着阳离子度及粘均分子量的增大而变强。由絮凝的单因素实验可知：皂土初始浊度的增加会使聚合产物的絮凝效果不断降低；P(AM-DMDAAC)投加量的增加、搅拌时间的增长、pH的增大、温度的升高都会使絮凝的效果先增强后减弱。由絮凝的正交试验可知：在P(AM-DMDAAC)投加量为0.3mL，搅拌时间60min，PH=6，温度60℃的条件下，对废水的处理效果最佳，去浊率高达96.87%，其中各单因素影响的次序为：投加量＞温度＞PH值＞搅拌时间。通过对实验合成的 P(AM-DMDAAC)的红外图谱分析，证实AM与DMDAAC确实有发生共聚。通过竞聚率设计实验测得AM及DMDAAC的竞聚率分别为r(AM)=1.1208，r（DMDAAC）=0.7674。并且绘制出反应的动力学曲线、F-f图以及CPAM-PEG双水相相图。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2絮凝剂

1.3阳离子型聚丙烯酰胺合成及应用研究进展

1.4主要研究内容、研究方法、技术路线

第二章 AM与DMDAAC共聚物的双水相合成与表征

2.1基本理论

2.2 P(AM-DMDAAC)的聚合

2.3 P(AM-DMDAAC)共聚物的性能测试和表征

2.4结果与讨论

2.5 本章小结

第三章 共聚反应竞聚率的测定及F-f图绘制

3.1基本理论

3.2竞聚率的测定和计算

3.3共聚物组成微分方程及F-f关系图的绘制

3.4结果与讨论

3.5本章小结

第四章 双水相组成与共聚反应动力学研究

4.1双水相组成的基本理论

4.2制备相图

4.3AM与DMDAAC动力学曲线的绘制

4.4结果与讨论

4.5本章小结

第五章 共聚产物在污水处理中的应用

5.1引言

5.2实验部分

5.3絮凝性能研究

5.4去浊率的计算

5.5结果与讨论

5.6本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2 建议与展望

参考文献

硕士研究生期间发表论文与参加科研情况

致谢