改性聚丙烯酰胺反相微乳液聚合及其性能研究

摘要

本文以制备具有较高相对分子质量和功能型PAM为研究目的，将反相微乳液法运用到其制各及改性的有关环节，通过反相微乳液聚合工艺，将几种改性功能单体2-丙烯酰胺基-2-甲基．丙磺酸(简称 AMPS)、荧光单体2-(4-甲氧基-1，8-萘二甲酰亚胺基)-乙基二甲基烯丙基氯化铵(简称为FM)、荧光单体4-(N’-甲基-1-哌嗪基)-N-丁基-1，8-萘烯丙氯季铵盐(简称为FC)、阳离子单体丙烯酰氧乙基-二甲基-乙基溴化铵(简称DMB)和疏水单体丙烯酸十八酯(简称OA)与AM共聚，制备AMPS改性PAM、荧光示踪型PAM、阳离子单体DMB改性PAM和OA改性PAM等四类(五种)不同功能单体改性PAM，并研究其应用性能。采用Materials Studio 3.0程序包模拟了5种改性PAM分子与Al<,2>O<,3>(012)面的动态相互作用，获得了各体系的结合能、非键相互作用能和形变能等，探讨了相互作用的本质，为阐释絮凝作用机理、研发、评价新型高效絮凝剂提供理论依据。 主要内容如下： (1)以电导法为基础，较为系统的研究AOT/异辛烷反相微乳液、Span80-Tween80/液体石蜡(异辛烷)反相微乳液体系的增溶及其电导性质，并研究正丁醇、氯化钠、醋酸钠等添加剂对反相微乳液电导性质的影响； (2)较为系统的研究CTAB-正丁醇/环己烷/水、CTAB-正丁醇/异辛烷/水和CTAB-正丁醇/正庚烷/水等三种拟三元反相微乳液体系的相行为，及其反相微乳液体系的增溶与电导性质； (3)采用电子显微镜、激光纳米粒度仪等测试手段，研究AMPS改性PAM在1％高岭土悬浮介质中的微观结构、絮凝过程、机理等絮凝特性，及其耐温、抗盐性能。结果表明，AMPS改性PAM具有较好的絮凝性能、耐温性能和抗盐性能； (4)荧光功能单体FM、FC改性的功能聚合物P(FM-AM)和P(FC-AM)的荧光强度随其浓度的增大而增加，其浓度与荧光强度呈较好的线性关系，P(FM-AM)和P(FC-AM)的检测下限分别为和1.83 mg·L<'-1>和0.81mg·L<'-1>； (5)P(DMB-AM)为阳离子型聚电解质，在同一浓度的分散介质中，P(DMB-AM)的絮凝效果较PAM、AMPS改性PAM好。疏水缔合共聚物P(OA-AM)具有较强的抗盐性和较好抗温性； (6)通过计算5种改性PAM分子在Al<,2>O<,3>(012)面上的结合能，得到结合能排序为P(DMB-AM)>P(OA-AM)>P(AA-AM)>P(DMA-AM)>PAM，则分子动力学模拟絮凝能力的强弱依次为P(DMB-AM)>P(OA-AM)>P(AA-AM)>P(DMA-AM)>PAM，分子动力学模拟得到的预测结果与实验结果基本一致。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩略语

声明

1文献综述

1.1微乳液及其形成理论

1.1.1微乳液的制备与常规乳液的比较

1.1.2微乳液微观结构及其相行为

1.1.3胶团增溶理论

1.1.4负界面张力理论

1.1.5双重膜理论

1.1.6几何排列理论

1.1.7 R比理论

1.2微乳液微观结构分析方法

1.2.1光散射方法

1.2.2核磁共振(NMR)方法

1.2.3发光探测方法

1.2.4傅立叶变换红外(FT-IR)方法

1.2.5电子自旋共振(ESR)方法

1.2.6微乳液的电导行为

1.2.7计算机模拟

1.3 PAM聚合工艺研究

1.3.1水溶液聚合法

1.3.2沉淀聚合法

1.3.3分散聚合法

1.3.4反相乳液聚合法

1.3.5反相微乳液聚合法

1.3.6 W/W乳液聚合法

1.4反相微乳液聚合

1.4.1反相微乳液聚合的特点

1.4.2反相微乳液聚合体系的研究

1.4.3反相微乳液聚合机理

1.5反相微乳液领域的研究热点及本论文所要研究的问题

1.5.1反相微乳液领域的研究热点

1.5.2本论文所要研究的问题

2微乳液的增溶特性与电导性质研究

2.1电导性质研究模型

2.1.1 SHM理论

2.1.2 CFM理论

2.1.3 CFM引起的微乳液电导行为

2.2 AOT/异辛烷反相微乳液的增溶及电导性质研究

2.2.1实验部分

2.2.2结果与讨论

2.2.3小结

2.3 Span80-Tween80/液体石蜡(异辛烷)反相微乳液体系的增溶及其电导性质

2.3.1实验部分

2.3.2结果与讨论

2.3.3小结

2.4 CTAB-正丁醇/烷烃/水微乳液拟三元反相微乳液体系的相行为研究

2.4.1实验部分

2.4.2结果与讨论

2.4.3小结

2.5 CTAB-正丁醇/烷烃/水拟三元反相微乳液体系的电导性质研究

2.5.1实验部分

2.5.2结果与讨论

2.5.3小结

2.6本章小结

3 AMPS改性PAM的反相微乳液聚合研究

3.1实验部分

3.1.1药品与仪器

3.1.2AMPS改性PAM反相微乳液聚合

3.1.3聚合物相对分子质量的测定

3.1.4聚合物乳液固含量的测定

3.1.5红外光谱分析

3.1.6热分析

3.1.7粒径及微观结构分析

3.1.8悬浮介质的制备

3.1.9絮凝性能评定

3.2结果与讨论

3.2.1引发剂对相对分子质量和固含量的影响

3.2.2表面活性剂浓度对聚合反应的影响

3.2.3聚合温度对聚合反应的影响

3.2.4 pH对聚合反应的影响

3.2.5 EDTA对聚合反应的影响

3.2.6结构表征

3.3本章小结

4 AMPS改性PAM应用性能研究

4.1实验部分

4.1.1药品与仪器

4.1.2实验方法

4.2结果与讨论

4.2.1高岭土模拟废水絮凝实验

4.2.2污泥废水实验

4.2.3耐盐性能实验结果

4.2.4抗温性能实验结果

4.3本章小结

5功能单体改性PAM反相微乳液聚合及性能研究

5.1反相微乳液聚合荧光高分子P(FM-AM)及其性能研究

5.1.1实验部分

5.1.2结果与讨论

5.1.3小结

5.2反相微乳液聚合荧光高分子P(FC-AM)及其性能研究

5.2.1实验部分

5.2.2结果与讨论

5.2.3小结

5.3阳离子单体DMB改性PAM反相微乳液聚合及其性能研究

5.3.1实验部分

5.3.2结果与讨论

5.4疏水单体丙烯酸十八酯(OA)改性PAM反相微乳液聚合及其性能研究

5.4.1实验部分

5.4.2结果与讨论

5.4.3本章小结

6改性聚丙烯酰胺絮凝作用机理的理论研究

6.1改性PAM的量子化学研究

6.1.1模型构建方法

6.1.2原子电荷分布

6.2改性PAM的分子动力学研究

6.2.1模型构建与模拟方法

6.2.2结果与讨论

6.3本章小结

7结论

7.1本文结论

7.2本文创新之处

7.3本文的发展趋势及今后工作建议

致谢

参考文献

攻读博士期间发表的论文