基本信息
- 項目名稱：
- 陽離子聚丙烯酰胺“水包水”乳液型絮凝劑
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 采用一種全新的分散聚合方式，以丙烯酰胺與甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨為單體，聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨為分散劑，鹽醇水復合體系的分散介質(zhì)，氧化還原-偶氮類復合式引發(fā)劑，乙二胺四乙酸二鈉為螯合劑，半連續(xù)型投料方式，確定合成具有高分子量、高固含量、速溶、流動性和穩(wěn)定性良好的陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑的最佳方案，用FT-IR技術(shù)對聚合物組成進行驗證并對其絮凝性能進行評價。
- 詳細介紹：
- 采用一種全新的分散聚合方式，以丙烯酰胺(AM)與甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)為單體，以叔丁醇-硫酸銨-水為分散介質(zhì),過硫酸鉀-亞硫酸氫鈉-偶氮二異丁腈復合式引發(fā)劑，在形成的乳液的前提下，將鹽和醇的使用量降到最小，達到一種協(xié)同效應。采用氧化還原引發(fā)劑與偶氮類引發(fā)劑復合使用，不僅可縮短聚合反應時間，還可提高聚合產(chǎn)物的分子量。以聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(PDMC)為分散劑，乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)為螯合劑，半連續(xù)型投料方式。又研究無機鹽濃度、單體配比、分散體系成分對CPAM的影響，從而確定合成具有高分子量、高固含量、速溶、具有良好流動性和穩(wěn)定性的陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑(CPAM)最佳方案。用FT-IR技術(shù)對聚合物結(jié)構(gòu)進行驗證并對其絮凝性能進行評價。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 研究速溶、環(huán)保、固含量高、性價比高的絮凝劑已成為主要發(fā)展方向。本小組以丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨為單體、鹽-醇-水為分散介質(zhì)、低分子量聚電解質(zhì)為分散劑、復合式引發(fā)劑利用分散聚合的方法，合成高分子量、低毒性、高效率、綠色環(huán)保的陽離子聚丙烯酰胺的最佳方案并確定最佳方案，最后對其組成進行紅外技術(shù)驗證實驗產(chǎn)物的真實性，并將其應用在水處理中，對其進行絮凝性能的評價。
科學性、先進性及獨特之處
- 本課題采用一種全新的聚合方式，制備具有高分子量、高固含量、溶解迅速完全，流動性和穩(wěn)定性良好的陽離子“水包水”乳液型聚丙烯酰胺絮凝劑。它摒棄傳統(tǒng)絮凝劑的缺點繼承優(yōu)點，不需大型溶解就可迅速完全溶解于水中，不需加入大量轉(zhuǎn)相劑和表面活性劑，降低成本、綠色環(huán)保，提高水體重利用率、便于運輸?shù)膬?yōu)點，并且使用操作簡單、現(xiàn)場應用工藝要求不高，可用于空間要求嚴格的工作平臺，具有較高的性價比和商業(yè)實用性。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 利用水分散聚合技術(shù)合成陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑，從其本身的化學性質(zhì)看，具有溶解速度快、分子量高、毒性低、固含量高、穩(wěn)定性好等特點；從實際應用角度看，此聚合方法不僅克服傳統(tǒng)水溶膠型、乳液型、干粉型絮凝劑聚合方法的缺點，提高產(chǎn)品水溶性，使制品不產(chǎn)生二次污染，簡化后處理工藝，而且其合成工藝低成本、高回報、操作簡單，切實的達到快速、安全、經(jīng)濟的污水處理要求是本實驗希望達到的目標，具有較高的應用價值。
學術(shù)論文摘要
- 陽離子型聚丙烯酰胺因其對帶負電荷污水有良好的絮凝效果，而被人們廣泛應用在污水處理中。本研究采用分散法聚合法制備了陽離子聚丙烯酰胺高分子絮凝劑。 以丙烯酰胺與甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨為單體進行水分散聚合制被了陽離子聚丙烯酰胺。叔丁醇-硫酸銨-水為分散體系，過硫酸鉀-亞硫酸氫鈉-偶氮二異丁腈為復合式引發(fā)劑，分子量在50萬左右的聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(CPAM)為分散劑，乙二胺四乙酸二鈉為螯合劑，合成具有高分子量、高固含量、速溶且穩(wěn)定性好的陽離子聚丙烯酰胺，并用FT-IR技術(shù)對聚合物組成進行分析驗證。研究無機鹽濃度與溶劑叔丁醇濃度比、單體濃度、無機鹽濃度對聚合物分子量的影響，得到了較佳的合成條件：硫酸銨濃度26.0％、PDMC分子量40萬~50萬、PDMC 濃度2.5％、引發(fā)劑濃度150mg/Kg、v(TBA)：v(水)=0.2:1、 反應溫度80℃、pH=7、單體濃度10％、陽離子度10％、反應時間8h。 在此基礎上，研究了產(chǎn)品的分子量、投加量以及絮凝攪拌速度對污水COD去除率和透光率的影響，對其進行絮凝效果評價。
獲獎情況
- 獲西安工業(yè)大學第十四屆“探索杯”大學生課外科技作品競賽自然科學類學術(shù)論文特等獎。
鑒定結(jié)果
- 作品真實可靠
參考文獻
- [1]Ossenbach Sauter M,Riess G.Chimiemacromol culaire.Proprietes mulsifiantes des copolymeres sequences. mulsion du type eau danseau [J]. C R Acad Sc Paris,Serie C,1976,283:269—272 [2]畢樹平、胡涌東.交流示波極譜在高分子溶液中的應用—水包水乳液連續(xù)相與分散相的確定[J].高分子材料科學與工程,1990,(2):83—84 [3]金正中、朱永、胡涌東.水包水乳液的合成及其相組成的研究[J].高等學?；瘜W學報,1991,12(7):942—945 [4]狄超、胡涌東、金正中.用水相凝膠色譜研究水包水乳液的合成動力學[J].涂料工業(yè),1994,(2):1-4 [5]甘文君、李肇強. 水包水型多彩涂料的研制[J].上海工程技術(shù)大學學報,2000,14(1):38-41 [6]馬利、李雪松、楊凡.水包水型多彩涂料的研制[J].精細化工,1994,(2):17-22 [7]孫幼紅、李小華、李健等.水包水多彩涂料的研制[J].化工時刊,2004,18(1):55-56 [8]韓磊、寧榮昌、謝鋼等.分散聚合法制備聚丙烯酰胺水包水乳液[J].功能高分子學報,2004,17(3):493-495 [9]李建文、邱化玉、詹懷宇.水包水型CPAM乳液增強劑的合成及應用[J].精細化工,2005,22(10):788-791/797 [10]邢仁衛(wèi)、邱化玉、彭濤.水包水型陽離子聚丙烯酰胺在麥草漿中的助留效果研究[J].造紙化學品,2006,18(1):32-35
同類課題研究水平概述
- 有機高分子絮凝劑，具有用量少、絮凝速度快、受共存鹽類、pH值及環(huán)境溫度影響小，生成污泥量少且易處理等優(yōu)點。其中聚丙烯酸胺類各種離子型有機高分子絮凝劑目前在市場上占有較大份額，陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑，因其良好的絮凝效果、脫色效果，可去除污水或污泥中高分子有機物、某些重金屬和放射性物質(zhì)等多種有毒有害的污染物，經(jīng)過絮凝劑無害處理后的水在節(jié)約用水、強化水質(zhì)處理和提高水的回用率等方面帶來顯著的經(jīng)濟效益，在造紙工業(yè)、石油開采、紡織工業(yè)、民用工業(yè)等行業(yè)中人們廣泛使用。 早期的陽離子型聚丙烯酰胺產(chǎn)品多為膠體狀，即將丙烯酰胺單體和陽離子單體通過水溶液共聚或?qū)AM通過曼尼希反應改性得到凝膠狀產(chǎn)品。這類產(chǎn)品由于聚合物含量低(質(zhì)量分數(shù)一般不超過8%)增加了運輸和包裝費用。因此將膠體狀產(chǎn)品干燥、粉碎、造粒制成粉末狀產(chǎn)品。粉末狀產(chǎn)品雖然大幅度擴大了使用范圍，但溶解不完全而產(chǎn)生“魚眼”，造成浪費；需要大型的溶解裝置及熟化設備，增大攪拌速度而消除此現(xiàn)象，可這些設備通常體積較大占地面積廣，不適合一些空間狹窄的工作平臺。因此在上世紀80年代，出現(xiàn)了“油包水”反相乳液和反相微乳液。乳液或微乳液產(chǎn)品可較好地解決溶解性問題，又具有較高的分子量和較高的固含量，但在使用和合成過程中需加入大量轉(zhuǎn)相劑、有機溶劑和表面活性劑，提高成本，產(chǎn)生二次污染。因此，近幾年為具有高分子量、高固含量、速溶的“水包水”乳液的出現(xiàn)，成為主要的研究方向。 1976年，法國高分子科學家Riess首先提出并合成了聚合物“水包水”乳液[1]，國內(nèi)金正中等[2~4]于80年代末期開始研究非離子型PAM“水包水”乳液，90年代涂料工業(yè)界開始開發(fā)“水包水”多彩涂料[5~7]。本世紀初，韓磊等[8]以乙醇水體系作為反應介質(zhì)，用分散聚合法制備了非離子聚丙烯酰胺“水包水”乳液，但由于使用了有機溶劑乙醇，所得到的產(chǎn)物并非嚴格意義上的“水包水乳液”。最近，邱化玉等[9~10]合成了作為造紙增強劑及助留劑的CPAM“水包水乳液”。
