阳离子聚丙烯酰胺光合成的工业化基础研究

论文摘要

随着世界的人口膨胀和经济的迅猛发展,水体污染已经成为制约社会可持续发展的重要因素,水处理技术越来越受到人们的关注。其中,阳离子聚丙烯酰胺类絮凝剂是目前最常用的水处理药剂,且应用范围较广。随着聚合工艺的日益改进,产品絮凝性能的不断提高,共聚型产品更以电荷度可控、电荷分布均匀、制造工艺简单而备受瞩目。本文采用光引发聚合技术,以丙烯酰胺（AM）和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）共聚反应合成阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）,并探索合成的最优工艺条件；为了获得速溶产品,并对添加的表面活性剂种类和用量进行了详细考察；研究了合成过程中单体质量总浓度、单体摩尔配比、聚合体系pH值、光引发剂用量、引发时间和反应温度等聚合工艺参数对产品性能的影响,最后通过聚合工艺的试验优化为CPAM的工业化提供基础数据。采用红外光谱（FTIR）、核磁共振谱法（1H-NMR）等现代分析测试手段对合成的产品组成和结构进行了表征。最后,对合成的CPAM聚合物进行了高岭土及煤泥水絮凝特性的研究。为了考察合成CPAM的最佳应用条件,分别对不同种类絮凝剂、不同絮凝剂用量、阳离子度、特性粘数等絮凝性能参数进行了评价（以沉降速度、透光率为指标）。实验结果表明,最佳聚合工艺条件：吐温-80添加量为1%,单体质量总浓度为32%, n（DMC）:n（AM）=1:5, pH=5.5,光引发剂用量为40μL,引发时间为60min,反应温度为20℃左右,老化时间为1d。在最佳条件下,合成的CPAM的阳离子度为15.27%,特性粘数为548mL·g-1, AM单体残留量低于0.05%。通过对合成CPAM的絮凝性能研究结果表明：CPAM的絮凝性能优于PAM、HPAM及AmPAM,与法国商品级CPAM的絮凝效果相当。同时通过小试,分析了造成产品分子量差异的原因,获得了符合要求的产品（特性粘数、阳离子度）,这说明采用光引发聚合技术可以为CPAM的合成和实现工业化大批量生产提供依据。图[19]表[21]参考文献[50]

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 絮凝剂概况
• 1.1.1 絮凝剂分类
• 1.1.2 絮凝技术
• 1.1.3 絮凝法在水处理中的作用
• 1.2 阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂的研究现状与絮凝机理
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂的絮凝机理
• 1.2.4 阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂的发展趋势
• 1.3 阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂制备的方法
• 1.3.1 阳离子型聚丙烯酰胺的制备方法
• 1.3.2 阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂的聚合方法
• 1.4 阳离子型聚丙烯酰胺的应用
• 1.5 本课题的研究目的及研究意义
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究意义
• 2 实验部分
• 2.1 实验试剂与仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 CPAM制备的理论依据
• 2.2 实验内容
• 2.2.1 CPAM的合成路线
• 2.2.2 实验步骤
• 2.3 CPAM的性能检测
• 2.3.1 固含量的测定
• 2.3.2 特性粘数的测定
• 2.3.3 阳离子度的测定
• 2.3.4 丙烯酰胺的残留量的测定
• 2.3.5 外吸收光谱的表征
• 2.3.6 核磁共振氢谱的表征
• 3 CPAM工艺参数的研究优化
• 3.1 聚合工艺条件与优化
• 3.1.1 添加表面活性剂对聚合物特性粘数及溶解性能的影响
• 3.1.2 单体质量总浓度对聚合物特性粘数的影响
• 3.1.3 单体摩尔配比对聚合物特性粘数的影响
• 3.1.4 聚合体系pH值对聚合物特性粘数的影响
• 3.1.5 引发时间对聚合物特性粘数的影响
• 3.1.6 反应起始温度对聚合物特性粘数的影响
• 3.2 交优化试验
• 3.3 优化条件的验证及共聚物的物性指标
• 3.4 合成CPAM的最佳聚合工艺条件
• 3.5 CPAM的结构表征
• 3.6 本章小结
• 4 CPAM的絮凝性能检测
• 4.1 实验方法
• 4.2 CPAM的絮凝性能研究
• 4.2.1 CPAM对高岭土悬浮液絮凝效果的研究
• 4.2.2 CPAM对望峰岗选煤厂的难沉降煤泥水絮凝效果的研究
• 4.3 本章小结
• 5 CPAM的合成工艺
• 5.1 光引发合成CPAM的工艺流程设计
• 5.2 放大化产品的性能检测
• 5.2.1 放大化产品特性粘数的测定
• 5.2.2 放大化产品阳离子度的测定
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 本论文的主要结论
• 6.2 本论文的创新之处
• 6.3 本论文今后需进一步研究的内容
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果