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《大连理工大学》 2009年
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阳离子型聚丙烯酰胺的疏水改性及其应用研究

尚宏周  
【摘要】: 在染料和印染废水脱色处理中,絮凝沉降法是当前国内外重点研究的方向之一,而絮凝脱色法的效果关键取决于絮凝剂的性能。近年来,随着絮凝理论和化学工业的发展,水处理絮凝剂在我国发展十分迅速。絮凝剂从无机低分子到有机高分子,从功能单一型到多功能型,从单独使用到复配使用,形成了品种系列化、功能多样化、使用成本经济化等特点,引起了科研和水处理工业的广泛关注。 近年来的研究认为,阳离子型有机高分子絮凝剂由于其分子链段上带有正电荷基团,对废水或污水中带有负电荷的有机物质具有较好的去除效果,特别是对毒害性较大、难于脱除的染料分子具有较好的絮凝效果。在研究中发现,阳离子絮凝剂具有脱色效果好、适用范围广、受pH影响小、用量少、絮凝速度快等特点,所以,目前国内外积极研发新型高效的阳离子型有机高分子絮凝剂。丙烯酰胺类阳离子絮凝剂无疑是研究最多的品种。目前聚合所用的阳离子单体主要依赖进口,成本较高,而絮凝剂分子中阳离子密度较低时,对染料脱色效果又很不理想,为了解决生产成本和絮凝能力之间的矛盾,本论文在保持阳离子度较低的条件下,对目前流行的阳离子型高分子絮凝剂进行了疏水改性。通过在分子结构中引入功能型基团,增强絮凝剂分子和有机物分子之间的相互作用,降低絮凝剂分子和絮体的水溶性,从而使染料分子快速地从水中分离出来,提高阳离子型絮凝剂的絮凝效果。 论文首先以丙烯酰胺(AM)和二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)为共聚单体,利用反相乳液聚合法合成了共聚物P(AM-DADMAC),考察了复合乳化剂、分散介质、引发剂种类、油水体积比、引发剂浓度、单体浓度等因素对乳液稳定性和共聚物特性粘度的影响,确定了较理想的反相乳液体系。在此基础上,以煤油为分散介质、Va-044为引发剂,Span80/Tween80为复合乳化剂、乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)为疏水改性单体、丙烯酰胺(AM)和二甲基二烯丙基三甲基氯化铵(DADMAC)为主要共聚单体进行三元共聚,利用反相乳液聚合法制备了疏水改性阳离子型絮凝剂P(AM-DADMAC-VTMS),克服了水溶液聚合的不足。考察了VTMS和DADMAC单体投料率对产物性能的影响。利用红外谱图(FT-IR)证实了三元共聚物的结构。利用扫描电镜(SEM)对乳液中颗粒和聚合固体粉末进行了形貌观察。利用合成的P(AM-DADMAC-VTMS)对活性艳红X-3B进行了脱色研究,结果表明,随着VTMS含量的增加,改性絮凝剂的脱色能力提高,当共聚摩尔比为AM/DADMAC/VTMS=79.2/19.8/1.0时,最大脱色率为94.24%;随着DADMAC含量的增加,改性絮凝剂的最佳剂量降低,但脱色率也降低;改性絮凝剂最佳的pH使用范围为2-5,VTMS含量越高,脱色率受pH的影响越小;P(AM-DADMAC-VTMS)的脱色效果随NaCl浓度的增加而下降,但随VTMS含量的增高,脱色率受NaCl浓度的影响减小。 甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)也是常用的阳离子聚合单体,因此我们以AM、DMC和VTMS为共聚单体,通过反相乳液聚合法制备了疏水改性阳离子聚丙烯酰胺P(AM-DMC-VTMS)。通过对活性艳红X-3B的脱色研究发现:在DMC投料率相近的条件下,P(AM-DMC-VTMS)的脱色能力优于P(AM-DMC),且随着VTMS含量的增加,活性染料的脱色率提高;随着DMC含量的增加,P(AM-DMC-VTMS)脱色能力提高;最佳pH使用范围为2-5;VTMS含量越高,脱色率受pH影响越小,脱色率受NaCl浓度的影响越小。对分散橙30的脱色研究显示,VTMS的引入大大提高了絮凝剂对分散染料的去除能力,且随着VTMS的增加,最佳脱色率增加。当共聚摩尔比为AM/DMC/VTMS=79.2/19.8/1.0时,共聚物对活性艳红X-3B的最大脱色率为89.3%,对分散橙30的最大脱色率为98.1%,而P(AM-DMC)在共聚摩尔比AM/DMC=80/20时,对活性艳红X-3B的最大脱色率为41.7%,对分散橙30的最大脱色率为46.9%。 为进一步研究疏水单体对染料废水脱色的影响,选择了甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(MPMS)作为疏水改性单体,以AM,DMC为主要聚合单体,制备了P(AM-DMC-MPMS)。P(AM-DMC-MPMS)的水溶性略差于P(AM-DMC-VTMS),对活性艳红M-8B有较好的脱色效果,当共聚摩尔比为AM/DMC/MPMS=79.2/19.8/1.0,最佳剂量为180mg/L时,染料分子被完全脱除;阳离子度增加,最佳剂量减小。在对分散染料、高岭土悬浮液的絮凝实验中,P(AM-DMC-MPMS)的絮凝效果均优于P(AM-DMC)。对实际染织废水脱色时,P(AM-DMC-MPMS)的脱色能力优于PFS。P(AM-DMC-MPMS)对M-8B的脱色机理表明,染料分子的脱除是靠电性中和、疏水相互作用和分子间氢键共同作用完成的。在阳离子度相对较低时,分子间氢键和疏水相互作用是染料脱色的最关键因素。 P(AM-DMC-MPMS)/PFS是复合相容体系,能够形成互相穿插的网状结构。对M-8B和分散橙染料废水进行脱色研究,结果显示:最佳剂量分别为15.45mg/L和30.9mg/L,脱色率分别为99.8%和99.39%;最佳pH使用范围为3-6。对实际染织废水脱色时,P(AM-DMC-MPMS)/PFS的脱色效果优于PFS,P(AM-DMC-MPMS)/PFS在最佳剂量为55.68mg/L,最大脱色率为82.57%,而PFS在74.24mg/L时,脱色率也只有59.52%。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:X703

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【引证文献】
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