紫外光引发聚合三元共聚阳离子聚丙烯酰胺及其性能研究

摘要

阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）是一种重要的水溶性阳离子型絮凝剂，是目前应用最广泛的絮凝剂之一。它具有絮凝效果好，用量省，pH适用范围广，安全无毒等优点。目前，新型阳离子聚丙烯酰胺的研究越来越受到人们的重视。
　　论文采用紫外光引发聚合三元共聚阳离子聚丙烯酰胺，采用的阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC）。研究了光聚合强度、单体配比、总单体质量分数、引发剂、脲素、光聚合时间、pH值等因素对合成的阳离子聚丙烯酰胺（P(AM-DMC-DAC)）性能的影响。对产品进行了表征，分析认为产品具有新的结构，具有新的絮凝特性。并与其他絮凝剂对比，对污泥脱水及生活污水都有较高的絮凝效果。
　　经过单因素实验研究，确定并得到P(AM-DMC-DAC)优化合成条件为：光聚合强度为1760μW/cm2，单体配比为3:7，总单体质量分数为30％，引发剂选择无机引发剂，引发剂用量为1.44%，脲素用量4‰，光聚合时间为60min，pH值选择为6。并对这些因素进行分析，利用正交实验，确定总单体质量分数30%，单体配比为3:7，引发剂用量1.44‰，脲素用量4‰，引发时间为50min，所合成产品的相对分子质量较高，可达到1235万。
　　通过红外光谱的官能团分析，确定得到的聚合物为三元聚合物 P(AM-DMC-DAC)。扫描电镜对产品微观结构进行分析，表明产品具有很好的表面微观结构，具有强大的吸附功能。差热-热重分析得知，聚合物热稳定性良好，聚合物在常温下稳定。
　　将制备的P(AM-DMC-DAC)用于污泥脱水。实验数据显示，投加量为1.4kg/t dry sludge时脱水效果较优，滤饼含水率69.7%，上清液浊度4.23NTU；选取产品阳离子度为40%时，污泥脱水效果较好，滤饼含水率71.6%，上清液浊度降低为3.45NTU；选取相对分子质量为915万的产物脱水效果较佳，滤饼含水率可达73.4%，上清液浊度3.21NTU。将自制产品与其他国内外三种产品相比，自制P(AM-DMC-DAC)所形成的污泥絮体颗粒最大、结构最紧实，沉降速度也快，泥水分离效果最明显，投加量少，处理效果又好。效果明显优于山东及浙江产品，略优于日本产品。
　　将制备的P(AM-DMC-DAC)与无机絮凝剂（PAFS）复合得到新型复合絮凝剂PAFS-CPAM，并通过对污水絮凝的处理指标对比其絮凝效果。实验结果显示：复合絮凝剂PAFS-CPAM对污水中CODcr和浊度的去除效果明显优于PAFS和自制的阳离子聚丙烯酰胺P(AM-DMC-DAC)。而且，与PAFS、P(AM-DMC-DAC)相比，复合PAFS-CPAM适应pH值较宽，在不同pH值下，PAFS-CPAM复合絮凝剂对污水均有很好的絮凝效果。

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目录

1 绪 论

1.1 概述

1.2 絮凝剂的现状及发展趋势

1.3 絮凝剂的机理

1.4 阳离子聚丙烯酰胺的研究现状及进展

1.5 研究的目的及主要内容

1.6 课题的研究重点及创新点

1.7 课题的研究技术路线

2 P(AM-DMC-DAC)的合成

2.1 实验部分

2.2 反应体系的选择

2.3 P(AM-DMC-DAC)聚合反应机理

2.4 单因素实验结果与讨论

2.5 多因素正交试验

2.6 本章小结

3 P(AM-DMC-DAC)的表征

3.1 分子量的测定

3.2 固含量的测定

3.3 P(AM-DMC-DAC)的红外图谱表征

3.4 P(AM-DMC-DAC)的电镜扫描图谱表征

3.5 P(AM-DMC-DAC)的差热热重表征分析

3.6 本章小结

4 P(AM-DMC-DAC)在污泥脱水的应用

4.1 前言

4.2 实验材料与方法

4.3 结果与讨论

4.4 污泥脱水机理讨论

4.5 本章小结

5 PAFS-CPAM复合絮凝剂的制备及其性能研究

5.1 前言

5.2 实验材料与方法

5.3 复合絮凝剂的表征

5.4 结果与讨论

5.5 本章小结

6 结论与前景展望

6.1 结论

6.2 前景展望

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

B. 作者在攻读硕士学位期间申请的专利目录