反相乳液法制备星形P（AM-DMDAAC）絮凝剂及其应用研究

论文摘要

城市污水处理过程中会产生大量污泥,这些污泥是含水率极高的带负电荷的粒子群,为了降低污泥含水率,减少污泥体积,需要对污泥进行脱水。为了取得更好的脱水效果,常采用投加絮凝剂来改善污泥的脱水性能。其中阳离子型聚丙烯酰胺类絮凝剂中丙烯酰胺（AM）和二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）的共聚物P（AM-DMDAAC）（简称PDA）比较受研究者们的青睐。但是由于PDA生产规模小,产品质量、数量与国外存在着较大的差别。因此致力于开发一种高效的新型的PDA具有广阔的应用前景和市场潜力。目前市场上的PDA大多是线性的,对于星形结构的PDA研究甚少。且合成有机高分子絮凝剂普遍存在残留未聚合的单体,而丙烯酰胺具有毒性,这在一定程度上限制了它的应用,探索残余单体的去除或破坏也是合成高分子絮凝剂开发的重要研究课题。据此,本论文研究了以季戊四醇和过硫酸铵为氧化还原引发体系,通过反相乳液聚合方式,引发丙烯酰胺（AM）和二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）自由基共聚合,合成星形阳离子型聚丙烯酰胺（star-P（AM-DMDAAC））.通过测定聚合物的特性粘数、阳离子度及单体转化率,考察了聚合反应条件对合成过程的影响,符合一般自由基共聚合反应的规律。并用1H-NMR对聚合物进行了结构表征。通过单因素实验及正交实验研究,得到最适合反应条件为：油水体积比为1：1.2,乳化剂用量为12%,单体含量为35wt%,单体配比（nAM:nDMDAAC）为3：1,引发剂用量为2.0wt%,反应温度为40℃,反应时间为6h。此时产物特性粘度为980.25mL.g-1,单体转化率达到98.39%,阳离子度达到21.07%。开发的星型阳离子絮凝剂（star-P（AM-DMDAAC））用于处理某城市污水处理厂的剩余污泥,考察了分子量（特性粘数）、阳离子度、投加量、pH值及温度对絮凝脱水效果的影响,同时比较了星形和线形阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的絮凝作用,以透光率和沉降体积为指标,结论得出星形PDA的絮凝性能优于同类线形PDA,其主要原因是絮凝体系中star-P（AM-DMDAAC）更容易发生分子链伸展,架桥作用容易。同时探索了氧化法破坏聚丙烯酰胺中残余丙烯酰胺的双键,以便削减丙烯酰胺导致的毒性。同时研究了处理后的絮凝剂的污泥脱水效果,证明高锰酸钾氧化法破坏残余丙烯酰胺双键是可行的,为聚丙烯酰胺类絮凝剂的广泛应用提供了理论支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 课题研究的意义
• 1.3 课题研究的内容
• 1.3.1 反相乳液共聚制备星形P（AM-DMDAAC）
• 1.3.2 星形P（AM-DMDAAC）应用研究
• 1.3.3 聚丙烯酰胺中残余丙烯酰胺的双键破坏初探
• 1.4 课题研究的创新点
• 第二章 文献综述
• 2.1 絮凝剂的定义及分类
• 2.2 聚丙烯酰胺类絮凝剂
• 2.2.1 化学改性法
• 2.2.2 接枝聚合
• 2.2.3 共聚法
• 2.3 P（AM-DMDAAC）的制备
• 2.3.1 P（AM-DMDAAC）的制备方法
• 2.3.2 自由基共聚合机理
• 2.3.3 P（AM-DMDAAC）反相乳液聚合
• 2.4 PDA的应用
• 2.5 星形聚合物的研究进展
• 2.6 残余丙烯酰胺毒性及其双键破坏研究
• 2.7 絮凝机理
• 第三章 实验部分
• 3.1 产品合成实验方案
• 3.2 产品基本指标测定实验方案
• 3.2.1 产品特性粘数测定
• 3.2.2 产品阳离子度测定
• 3.2.3 转化率测定
• 3.3 产品结构分析实验方案
• 3.4 污泥沉降性能的测定实验方案
• 3.5 丙烯酰胺双键破坏实验方案
• 3.5.1 试验方法及原理
• 3.5.2 试验步骤
• 第四章 star-P（AM-DMDAAC）制备实验研究
• 4.1 star-P（AM-DMDAAC）制备基础条件确定
• 4.1.1 助剂对聚合反应的影响
• 4.1.2 氧气对聚合反应的影响
• 4.1.3 单体初始投加配比确定
• 4.1.4 油相确定
• 4.1.5 乳化剂体系的确定
• 4.1.6 引发剂体系确定
• 4.2 star-P（AM-DMDAAC）制备影响因素研究
• 4.2.1 油水体积比对共聚反应的影响
• 4.2.2 乳化剂用量对共聚反应的影响
• 4.2.3 单体含量对聚合反应的影响
• 4.2.4 单体配比对聚合反应的影响
• 4.2.5 引发剂用量对聚合反应的影响
• 4.2.6 温度对聚合反应的影响
• 4.2.7 搅拌速度对聚合反应的影响
• 4.2.8 反应时间对聚合反应的影响
• 4.3 影响因素对共聚反应的交互影响
• 4.4 产品的结构分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 产品应用于污泥脱水的实验研究
• 5.1 母液放置时间的确定
• 5.2 特性粘数（分子量）对污泥脱水效果的影响
• 5.3 阳离子度对污泥脱水性能的影响
• 5.4 絮凝剂用量对污泥脱水的影响
• 5.5 PH值对污泥脱水的影响
• 5.6 温度对污泥脱水的影响
• 5.7 产品和现有市售絮凝剂的比较
• 5.8 残余丙烯酰胺双键破坏研究
• 5.9 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录