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疏水缔合型阳离子聚丙烯酰胺的制备及性能研究

张鹏  
【摘要】: 在世界能源日趋紧张的情况下,石油的合理开发利用已引起人们的极大重视,提高采收率已成为石油开采研究的重大课题,聚合物驱油技术在三次采油提高石油采收率的诸方法中占重要地位,疏水缔合聚合物一直是国内外三次采油用耐盐、耐温聚合物研制开发的热点。 随着淡水资源的日益匮乏以及人们对环境保护的日益重视,污水处理越来越受到人们广泛关注,阳离子聚丙烯酰胺作为一种有效的高分子絮凝剂,在水处理等领域得到很好应用。疏水缔合阳离子聚丙烯酰胺是在聚丙烯酰胺亲水性大分子链上引入少量疏水基团而制成的一类水溶性聚合物,在疏水基团和阳离子基团的共同作用下其絮凝和污泥脱水性能增强,在污水处理领域具有广泛的应用前景。 制备疏水缔合聚丙烯酰胺常用的胶束聚合法具有后处理过程复杂,所制备产品相对分子质量较低等缺点,本研究所使用的疏水单体2-乙烯基吡啶(2-VP)在本聚合体系中具有一定的水溶性,故采用水溶液聚合方法。本论文采用偶氮引发剂HYAM-01和过硫酸钾组成的复合引发体系为引发剂,以丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)为阳离子单体,2-VP为疏水单体同丙烯酰胺(AM)共聚合成了疏水缔合阳离子聚丙烯酰胺P(AM-DAC-2VP)。采用红外光谱和核磁共振光谱对其结构进行了表征。 研究了单体总质量分数、引发剂用量、引发温度和pH等工艺条件对P(AM-DAC-2VP)特性粘数的影响,得到特性粘数较高的共聚物的聚合反应条件为:单体总质量分数为35%,引发剂用量为0.07%,引发温度为30℃,pH为5.0,尿素添加量为5.0%。在一定范围内,随着疏水单体2-VP和阳离子单体DAC质量分数的增加,P(AM-DAC-2VP)的特性粘数增大。 考察了共聚物浓度、NaCl浓度、温度及剪切速率等因素对P(AM-DAC-2VP)溶液性能的影响。实验结果表明:当P(AM-DAC-2VP)溶液浓度大于临界缔合浓度时,溶液表观粘度随着共聚物浓度的升高而急剧增大;当超过此浓度时,P(AM-DAC-2VP)表现出良好的耐盐性、耐温性和剪切稀释性。 P(AM-DAC-2VP)的絮凝实验结果表明该产品比同条件下制备的阳离子聚丙烯酰胺P(AM-DAC)具有更好的絮凝效果。在一定范围内,随着疏水单体质量分数的增加,絮凝能力增强;在疏水单体质量分数固定的条件下,当阳离子质量分数为30.0%时,絮凝能力最强;当污泥pH=5.0时,P(AM-DAC-2VP)的絮凝性能最佳。在本实验范围内,当疏水单体质量分数为1.0%,阳离子单体质量分数为30.0%,污泥pH=5.0,共聚物加入量为25 mg/L时,活性污泥上层清液的透光率最大,为92.1%。疏水单体的引入降低了污泥比阻,提高了共聚物的污泥脱水性能,与同条件下制备的P(AM-DAC)相比,P(AM-DAC-2VP)投加量小,污泥脱水性能强。


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