两性聚丙烯酰胺水分散体的合成与应用研究

论文摘要

本文在综合相关文献基础上,对两性聚丙烯酰胺水分散体系的制备规律及其溶胀特性进行了深入研究;同时初步探讨了两性聚丙烯酰胺水分散体的絮凝性能。1、以丙烯酰胺（AM）单体为主要原料,分别引入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）、丙烯酸（AA）为阳离子、阴离子共聚单体,以聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（PDMC）为稳定剂,选择水溶性偶氮化合物（V-50）为引发剂,在硫酸铵溶液中采用水分散聚合技术制备了稳定的P（DMC/AM/AA）两性共聚物。2、通过单因素实验,系统考察无机盐种类和浓度、稳定剂浓度和分子量、单体总浓度和单体配比、引发剂浓度、反应温度和体系pH值等因素对水分散聚合过程、产品特性（分子量、平均粒径及粒径分布）及体系稳定性的影响,由单因素实验得到的较佳反应条件为: （NH4）2SO4浓度28%32%,稳定剂浓度2.0%4.0%,PDMC分子量20.0×10457.0×104,单体浓度8%～15%,体系最佳pH值为5.0,反应温度为5060℃。以共聚物的相对分子质量为指标,进行四因素三水平正交试验,优选最佳聚合反应条件。正交试验结果表明,影响聚合物分子量的主要因素是引发剂浓度,硫酸铵浓度次之,然后是稳定剂浓度,反应温度影响最小。正交试验确定最佳合成条件是:稳定剂浓度3.0%,引发剂浓度400mg·L-1,硫酸铵浓度30%,反应温度60℃。3、利用红外光谱（FTIR）对共聚物结构进行表征,红外光谱图显示共聚物中含有AM、AA、DMC等链节单元,表明三种单体都参与了聚合反应。采用光学显微图像仪对所制备的水分散体颗粒进行观察和图像采集,结果表明聚合物颗粒基本呈圆形、边缘光滑且大小比较均一。利用激光粒度分析仪测定水分散体的粒度分布,其平均粒径为2.31μm,粒径较小。从宏观上来讲,所制备的两性共聚物水分散体稳定性良好,放置半年未分层。4、利用旋转粘度计、激光粒度分析仪和光学显微图像仪,研究两性聚丙烯酰胺水分散体的溶胀特性,分析了溶胀过程中体系表观粘度随旋转粘度计转速及无机盐浓度的变化规律、水分散体的粒度分布以及颗粒形貌的变化。结果表明,采用不同浓度的硫酸铵对水分散体进行稀释时,随着硫酸铵浓度的减小,该水分散体的表观粘度和粒径均增大;随着稀释液浓度的降低,体系变得不再稳定,大部分颗粒发生溶胀,或溶解在稀释液中。5、通过对高岭土模拟废水的絮凝实验,考察P（DMC/AM/AA）水分散体的投加量、阴阳离子基团含量及pH值对絮凝性能的影响,并将不同类型的有机絮凝剂、无机絮凝剂（PAC）及其复配后的絮凝效果进行了比较。结果表明,两性聚丙烯酰胺的絮凝效果受pH值的影响较小,其除浊效果优于阳离子、非离子聚丙烯酰胺;与无机絮凝剂复配后的絮凝效果显著提高,并能节省投药量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 聚丙烯酰胺简介
• 1.1.1 定义和分类
• 1.1.2 聚丙烯酰胺的结构与性质
• 1.2 两性聚丙烯酰胺研究概况
• 1.2.1 两性聚丙烯酰胺的合成路线
• 1.2.1.1 大分子的侧基改性
• 1.2.1.2 接枝聚合
• 1.2.1.3 阴、阳离子单体的共聚
• 1.2.2 两性聚丙烯酰胺的聚合方法
• 1.2.2.1 水溶液聚合
• 1.2.2.2 反相乳液聚合
• 1.2.2.3 反相微乳液聚合
• 1.2.2.4 水分散聚合
• 1.2.3 两性聚丙烯酰胺的应用
• 1.2.3.1 在水处理中的应用
• 1.2.3.2 在造纸中的应用
• 1.2.3.3 在采油中的应用
• 1.2.3.4 在吸水材料中的应用
• 1.2.3.5 其它方面的应用
• 1.3 聚丙烯酰胺水分散聚合研究概况
• 1.3.1 分散聚合理论
• 1.3.2 聚丙烯酰胺水分散聚合综述
• 1.3.2.1 水分散聚合及其工艺
• 1.3.2.2 水分散聚合机理
• 1.3.2.3 水分散聚合过程中的威森伯格效应
• 1.3.3 丙烯酰胺水分散聚合的研究现状与发展趋势
• 1.4 本文的研究意义和内容
• 2 两性聚丙烯酰胺水分散体的制备
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 实验方法
• 2.2.3.1 稳定剂（PDMC）的制备
• 2.2.3.2 两性聚丙烯酰胺水分散体的制备
• 2.2.4 聚合物性能测试与表征
• 2.2.4.1 体系中无机盐的脱除
• 2.2.4.2 聚合物特性粘数及相对分子质量的测定
• 2.2.4.3 聚合物残余单体含量的测定
• 2.2.4.4 聚合物红外光谱分析
• 2.2.4.5 粒度分布的测定
• 2.2.4.6 光学显微图像仪观察颗粒形貌
• 2.2.4.7 聚合物粒子的透射电镜扫描
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 分散介质的选择
• 2.3.2 稳定剂的选择
• 2.3.3 单体的选择
• 2.3.3.1 阴离子单体的选择
• 2.3.3.2 阳离子单体的选择
• 2.3.4 引发剂的选择
• 2.3.5 单因素实验
• 2.3.5.1 无机盐浓度对 DMC/AM/AA 水分散聚合的影响
• 2.3.5.2 稳定剂浓度对 DMC/AM/AA 水分散聚合的影响
• 2.3.5.3 稳定剂分子量对 DMC/AM/AA 水分散聚合的影响
• 2.3.5.4 单体浓度对水分散聚合的影响
• 2.3.5.5 单体组成对水分散聚合的影响
• 2.3.5.6 引发剂浓度对 DMC/AM/AA 水分散聚合的影响
• 2.3.5.7 体系pH 值对 DMC/AM/AA 水分散聚合的影响
• 2.3.5.8 反应温度对 DMC/AM/AA 水分散聚合的影响
• 2.3.6 正交试验
• 2.3.7 共聚物红外光谱
• 2.3.8 两性聚丙烯酰胺水分散体的颗粒形貌
• 2.4 本章小结
• 3 两性聚丙烯酰胺水分散体的溶胀特性
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验方法
• 3.2.3.1 水分散体表观粘度的测定
• 3.2.3.2 光学显微图像仪观察颗粒形貌
• 3.2.3.3 粒度分布的测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 旋转粘度计转速对体系表观粘度值的影响
• 3.3.2 硫酸铵稀释液浓度对体系表观粘度的影响
• 3.3.3 水分散体的粒径及其粒度分布
• 3.3.4 水分散体溶胀前后的颗粒形态
• 3.4 本章小结
• 4 两性聚丙烯酰胺水分散体的絮凝性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 高岭土悬浊液的配制
• 4.2.4 絮凝效果实验
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 P（DMC/AM/AA）用量对絮凝速度及沉淀分离效果的影响
• 4.3.2 P（DMC/AM/AA）阴、阳离子基团对絮凝性能的影响?
• 4.3.2.1 阳离子基团含量对絮凝性能的影响
• 4.3.2.2 阴离子基团含量对絮凝性能的影响
• 4.3.3 P（DMC/AM/AA）投加量对絮凝性能的影响
• 4.3.4 不同pH 值下P（DMC/AM/AA）的絮凝性能及与其它品种的比较
• 4.3.5 不同类型絮凝剂的絮凝效果比较
• 4.4 本章小结
• 全文结论与展望
• 本文主要结论
• 本文创新点
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录