反相乳液聚合法合成氧肟酸类聚合物及其应用

论文摘要

近几年氧化铝的需求量逐年增加,因此对氧化铝的生产工艺有了更高的要求。赤泥沉降是氧化铝生产的重要工序之一。由于赤泥浆液的复杂性,目前国内氧化铝生产工艺应用的絮凝剂大多是进口的絮凝剂,价格很昂贵,效果也不尽如人意。为了解决这个问题,本文设计了两种合成工艺路线制备含有氧肟酸结构的聚丙烯酰胺型高分子絮凝剂。采用了反相乳液聚合法。反相乳液聚合法与其他聚合方法相比,具有聚合速率高,产品分子量等特点,而且其聚合产物在改变体系pH值或加入适当的相转移剂后,可以快速溶于水。本论文以丙烯酰胺为主要单体,以对苯乙烯磺酸钠为功能单体,以氧化还原体系为引发剂,利用以下两套工艺路线合成絮凝剂：（1）将丙烯酰胺与对苯乙烯磺酸钠共聚后,在硫酸羟胺的水溶液作用下进行改性反应；（2）将丙烯酰胺单体在硫酸羟胺的水溶液作用下进行改性反应后,再与对苯乙烯磺酸钠共聚。分别考察了聚合和改性的工艺条件。聚合反应中考察了引发剂的种类及用量、单浓度及配比、乳化剂用量、搅拌速度、反应温度、反应时间、掩蔽剂等对聚合反应过程以及聚合物分子量有影响的因素,羟肟化改性反应采用了正交试验对影响因素进行了考察。并对主要的合成条件进行了优化,得到最佳的合成工艺为：以丙烯酰胺和对苯乙烯磺酸钠为原料进行共聚后,再改性合成氧肟酸类聚合物的路线：单体浓度为25%,两种单体的摩尔比为96：4,NaHSO3-K2S2O8氧化还原体系为引发剂,引发剂用量为单体总量的0.075%,聚合温度是25℃,时间是7 h。丙烯酰胺单体羟肟化改性后,与对苯乙烯磺酸钠单体共聚的路线：单体浓度为20%,两种单体的摩尔比为95:5,NaHSO3-K2S2O8氧化还原体系为引发剂,引发剂用量为单体总量0.075%,聚合温度是25℃,时间是7 h。产物通过红外光谱、紫外光谱解析以及与Fe3+的显色反应进行了表征。最后,在中国铝业河南分公司对实验产物的性能进行了考察。以中国铝业河南分公司氧化铝厂的赤泥浆液为对象,考察了此两种不同合成路线所制得的絮凝剂的沉降性能,并与工厂目前使用的进口产品Nalco 9779和国产的TJ絮凝剂进行了赤泥沉降的对比。结果表明,此两种絮凝剂在沉降性能上均优于国产的TJ絮凝剂,其中采用丙烯酰胺单体在硫酸羟胺的水溶液作用下进行改性反应后,再与对苯乙烯磺酸钠共聚的路线制备的絮凝剂在平均沉降速率,压缩液固比和上清液澄清度指标等方面最佳。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 絮凝剂概述
• 1.1.1 絮凝剂的种类
• 1.1.2 絮凝剂存在的状态
• 1.1.3 絮凝剂的基本絮凝机理
• 1.1.4 高分子絮凝剂的絮凝效果的影响因素
• 1.2 反相乳液聚合概述
• 1.2.1 乳液聚合及反相乳液聚合
• 1.2.2 反相乳液聚合的分类
• 1.2.3 反相乳液聚合的机理
• 1.2.4 反相乳液聚合的聚合动力学
• 1.3 氧化铝工业概述
• 1.3.1 氧化铝工业发展现状
• 1.3.2 氧化铝生产工艺简介
• 1.3.3 絮凝剂在氧化铝生产中的应用
• 1.4 高分子絮凝剂的合成方法
• 1.4.1 高分子化学改性法
• 1.4.2 直接自由基聚合法
• 1.5 本文研究的意义及实验方案的设计
• 1.5.1 本文研究的意义
• 1.5.2 实验设计的思路
• 1.5.3 实验方案设计
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验药品及仪器
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验合成方法
• 2.2.1 合成P（AM-SSS）及其羟肟化改性
• 2.2.2 AM羟肟化改性后与SSS聚合
• 2.3 絮凝剂各指标计算方法
• 2.3.1 单体转化率的计算
• 2.3.2 合成产物相对分子质量的测定
• 2.3.3 絮凝剂的固含M
• 2.3.4 凝剂的浓度C
• 2.3.5 平均沉降速度V
• 2.3.6 相对沉淀高H
• 2.4 沉降试验方法
• 2.4.1 絮凝剂的称量
• 2.4.2 絮凝剂的溶解
• 2.4.3 装料
• 2.4.4 测量
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 AM-SSS共聚后羟肟化改性反应的研究
• 3.1.1 AM-SSS共聚反应工艺条件的考察
• 3.1.2 AM-SSS的共聚物羟肟化改性反应工艺条件的考察
• 3.2 AM改性及其改性产物与SSS共聚反应的工艺条件考察
• 3.2.1 AM羟肟化改性反应工艺条件的考察
• 3.2.2 AM羟肟化改性后与对SSS共聚反应工艺条件的考察
• 3.3 絮凝剂结构表征
• 3.3.1 絮凝剂红外光谱表征
• 3.3.2 絮凝剂的紫外分析
• 3.4 两种聚合产物在赤泥沉降中的应用
• 3.4.1 絮凝剂的分子量对赤泥沉降性能的影响
• 3.4.2 两种絮凝剂的赤泥沉降性能的对比
• 3.4.3 含氧肟酸结构的絮凝剂与其他絮凝剂的性能对比
• 3.4.4 小结
• 3.4.5 经济效益分析
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢