阳离子聚丙烯酰胺的制备及絮絮凝性研究论文.docVIP

阳离子聚丙烯酰胺的制备及絮絮凝性研究 摘要：高分子量的聚丙烯酰胺与阳离子试剂在碱性条件下合成阳离子聚丙烯酰胺。对CPAM和APAM的絮凝效果进行比较，并研究它们对污水中污泥的最佳絮凝沉淀条件。 关键词：丙烯酰胺 聚丙烯酰胺 阳离子化 吸光度 絮凝性能 1.前言 1.1引言 阳离子聚丙烯酰胺是一种高电荷高分子量物质，较难聚合。其外观为无色或淡黄色胶体。其水溶液是高分子电解质，带有正电荷，对悬浮的有机胶体和有机化合物可有效地凝聚，并能强化固液分离过程。阳离子化聚丙烯酰胺由于分子链上带有季氮正电荷而成为许多工业部门的主要材料和助剂。在污水处理中周围絮凝剂用于矿业、冶金、纺织、造纸等行业。在石油工业中用于多种作业：钻井和开发防止泥石岩水化膨胀的粘土稳定剂，钻井和采油污水处理用的浮选、絮凝剂酸化液的稠化剂、三次采油用的堵水调剖剂、钻井和完井用的油层保护剂等[1]。 1.2 现今阳离子聚丙烯酰胺的制法 ⑴ PAM与阳离子化的氨基—醛类树脂反应[2] 氨基—醛类树脂本身具有大量的氨基，极易与纸张纤维结合。阳离子化后，使其更易留着。 ⑵ PAM与MANNICH反应改性物[2] 其通式为： 其中，HCHO和RNH2的比例为1：1.2 也有用乙二醛与PAM反应制得MANNICH改性CPAM。 ⑶ PAM的HOFMANN重排反应产物[2] 当PAM与NAClO强氧化剂在碱性条件下可进行部分胺化，可使部分酰胺基 变为胺基。 ⑷ PAM聚乙撑胺（PEI）反应[2] 反应生成物是比较有效的，但价格高，因此，发展不快。 ⑸ PAM与肼反应[2] PAM先和肼反应，再用亚硝酸酸化，然后加热得到产物。 ⑹ PAM与环氧氯丙烷反应得到曼尼希加成物后，再进行季铵化，得到阳离子聚丙烯酰胺[2]。 ⑺季铵盐与丙稀酰胺共聚得到阳离子聚丙烯酰胺[2]。 甲基丙烯酸二甲胺乙酯（DM）及其盐酸盐（DMC），使其中的任一一种单体与AM共聚制CPAM。 ⑻ 丙烯酰胺`丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵（TATC）为单体，N，N’—亚甲基双丙烯酰胺（BIS）为交联剂，K2S2O8—Na2SO3为氧化还原引发剂进行反项微乳聚合，合成CPAM[4]。 ⑼ 用二甲基二烯丙基（DMDACC）与AM按一定比例在水溶液中聚合，在适当温度下加入自制引发剂，氮气保护[5]。 聚丙烯酰胺的应用范围在很大程度上取决于丙稀酰胺系列聚合物的化学组成和相对分子质量。寻求制备超高相对分子质量水溶性聚丙烯酰胺及其衍生物的工作甚被关注。制备超高相对分子质量聚合物的方法很多通过选择适当的引发体系以制备超高相对分子质量水溶性聚丙烯酰胺是条简单可行的途径。作为絮凝剂其絮凝效果在很大程度上和它的阳离子取代度有关。污水中的悬浮颗粒带负电荷，高阳离子度的聚丙烯酰胺能有效地中和悬浮颗粒的负电荷，达到污水处理的效果。作为絮凝剂其主要作用是通过电性中和和桥连作用来加速水中各种悬浮颗粒的下沉。CPAM具有絮凝效果好、用量少、浮渣量少等优点。而高分子量、高阳离子取代度的聚丙烯酰胺制备比较困难。通常难以制备高分子量与高阳离子取代度二为一体的聚丙烯酰胺，而使得处理污水效果无法达到预期目的。本课题的目的是为了研制高分子量、高阳离子取代度的CPAM，提高其絮凝能力[4]。 用环氧氯丙烷和三甲胺气体干法制备GTA。使PAM与GTA在碱性条件下反应，最终制得CPAM。 1.3反应原理 1.3.1引发体系的选择 AM在水溶液中聚合时，主要使用的是水溶性的氧化剂和还原剂；氧化剂和还原剂构成了氧化还原体系。氧化还原体系通过电子转移反应，生成中间产物自由基而引发聚合。氧化还原引发体系的活化能较低，可使引发剂分解速率和聚合速率大大提高，使诱导期缩短，在较短的时间内，就可以得到较高的转化率和较高的分子量[4]。本课题中选择多电子转移的氧化还原体系：K2S2O8—Na2S2O3 。其引发机理为：在酸性介质中，过硫酸钾与硫代硫酸钠反应产生硫酸根自由基，引发聚合。反应如下： 4S2O82- + S2O32- 10SO4-· 1.3.2加成反应 在碱性条件下，GTA开环PAM发生加成反应，形成CPAM。 2.实验部分 2.1原料与试剂 表2—1 名 称 纯度% 生 产 厂 家 等 级 丙烯酰胺 98.5 化学纯 环氧氯丙烷 99.0 分析纯 三甲胺水溶液 33.0 化学纯 氢氧化钠 96.0 分析纯 蒸馏水 —— 分析纯 EDTA 99.0 分析纯 2.2仪器 表2—2 名称 型号 生产厂家 电动搅拌机 磁力加热搅拌机 分光光度计 天平 水浴锅 真空泵 减压干燥箱 恒温干燥箱 三口烧瓶 125mL 250mL