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阴离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备及其对水中特征有机物的处理研究

卢伟  
【摘要】:邻苯二甲酸酯类(PAEs)化合物是痕量有机污染物中的一种典型物质,它是一种由人工合成的有机化合物,主要来源是增塑剂,用来增大塑料的可塑性,广泛地存在于空气、水体、土壤及生物体内,可以造成人体的内分泌失调,危及生殖机能或是引发恶性肿瘤,是水中非常具有特征性的一类有机污染物,而PAEs化合物中,邻苯二甲酸二乙酯(DEP)是其典型代表。因此合成用以处理邻苯二甲酸酯类化合物的高性能絮凝剂十分迫切。 目前,用于水处理的絮凝剂,主要有无机絮凝剂和有机高分子絮凝剂两大类。其中聚丙烯酰胺絮凝剂是一种极其重要的有机高分子絮凝剂。聚丙烯酰胺(Polyacrylamide,PAM)是丙烯酰胺(AM)及其衍生的各种均聚物、共聚物的一种统称,可以划分成阴离子型(APAM)、阳离子型(CPAM)、非离子型(NPAM)及两性离子型几个种类。其中,阴离子聚丙烯酰胺(APAM)同时具备了絮凝、吸水、增稠以及降阻等性能,能够广泛应用于水处理、洗煤、化工、采油、选矿等领域。 在有机高分子聚合物研究中,紫外光引发聚合是一种新的聚合方法,其反应所需活化能较低,在室温下就能快速引发聚合,具有操作简单、反应时间短、高效节能环保等优点,在丙烯酰胺聚合反应中有广泛的应用前景。 论文首先对有机高分子絮凝剂以及APAM的发展现状进行了研究,并综合紫外光引发聚合技术机理,确定了运用紫外光引发聚合APAM的方法,进而研究了在紫外光下APAM制备中各合成条件的改进,并对所得到的产物进行了各种手段的表征,从而分析验证了APAM的性质和结构。接着,将制得的APAM应用于处理水中特征性有机污染物邻苯二甲酸二乙酯(DEP),研究了其对特征有机物的去除效果并优化了处理条件。 论文的主要研究结论如下: ①以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为单体,在紫外光的照射下采用水溶液聚合制备出阴离子聚丙烯酰胺(APAM),系统的研究了APAM合成的工艺条件,通过单因素实验得到了较优的工艺条件,即:单体配比为7:1:1、单体质量分数为40%、引发剂浓度为0.10%、EDTA浓度为0.1%、脲素浓度为0.2%、反应体系pH值为9以及光照时间为60min。在此条件下得到的阴离子聚丙烯酰胺的相对分子质量达到880万,溶解性较好。 ②在红外光谱分析中发现了AM与AA、AMPS中的多种化学键的存在,验证了所制备的聚合物的结构。通过紫外光谱分析,三种单体AM、AA、AMPS确有发生聚合反应产生新的物质。通过差热-热重分析,发现所合成APAM在常温下结构十分稳定。扫描电镜分析则表明,聚合物APAM表面呈褶皱结构,并均匀分布着大量细密的微孔结构,使得产物具有较大的比表面积,这使其比同类聚合物具有更强的吸附、架桥能力。通过核磁共振图谱分析,用于合成APAM的三种单体的质子峰均在其聚合产物的谱图中出现,这再次证实了聚合物为单体AM、AA、AMPS的聚合产物APAM。 ③将制得的APAM用于水中特征有机物DEP的处理中,研究了APAM投加量、pH、搅拌时间、沉降时间、温度等因素对处理效果的影响。通过单因素实验得到,当APAM投加量为9mg/L,pH为9,搅拌时间为6min,DEP的去除率最高。通过对重要因素的正交优化实验得到,当APAM投加量为9mg/L,pH为9,搅拌时间为9min,DEP的去除率最高,为82.5%。通过与市售两种阴离子聚丙烯酰胺絮凝剂进行DEP的去除效果比较,得到实验室自制APAM其用量较少,去除率较高,确有实用性。


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