低温紫外光引发聚合CPAM及其建筑泥浆废水絮凝性能研究

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hengheng5251984
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针对建筑泥浆废水所带来的环境危害以及现有制备CPAM所面临的困难,本课题拟采用新型的引发方式(低温紫外光)制备新型的CPAM,温度范围为0-40℃。本文所采用的单体为丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵(BMDAC),二者引发单体的二元聚合物P(AM-BMDAC)即CPAB,被用来处理建筑泥浆废水。采用单因素分析方案和正交方案对影响CPAB聚合与制备条件进行了分析并优化了合成条件。聚合物的结构形态特性通过红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1HNMR)、扫描电镜(SEM)、差热-热重分析(DSC-TGA)等手段来表征和分析。然后,将制备的聚合物应用于建筑泥浆废水的絮凝,探讨聚合物投加量、p H、聚合物分子量和阳离子度等因素对该泥浆废水的絮凝效果,并通过对泥浆废水浊度的去除率,生成絮体的形态特征、Zeta电位等指标来进一步探讨絮凝过程中的相关絮凝机理。结论如下:(1)通过单因素试验获得了聚合物CPAB的最佳制备条件为:总单体质量分数为35 wt%,m(BMDAC)/m(AM)为3:7,反应体系p H值为5.0,引发剂浓度为0.06 wt%,紫外光照射时间为60min,尿素含量为0.08 wt%。在该条件下,制备得到的聚合物分子量可达到5.55×106 Da。并在此基础上,通过优选方案对正交实验得到CPAB制备的优选方案,除了引发剂浓度(0.055 wt%)和BMDAC质量分数(35wt%)不同之外,其它制备条件均与以上单因素试验获的最佳制备条件相同。在最佳条件下生成聚合物CPAB的分子量可达5.64×106 Da。(2)聚合物的红外光谱(FTIR)、核磁氢谱(1H NMR)、扫描电镜(SEM)和差热-热重分析(DSC-TGA)分析结果证明了在低温紫外光引发聚合条件下可成功合成AM与BMDAC的共聚物CPAB。此外,CPAB较好的热稳定性并具有不规则、粗糙多孔的表面结构,其表面分形维数达到了1.435。(3)絮凝所对应的最佳p H为7.0,CPAB-1、CCPAM和PAM对应的最佳投加量90 mg/L时,其中CPAB-1在最佳的实验条件下其对应的浊度去除率可达到97.4%。絮凝效果与聚合物的分子量和阳离子度成正比,其值越高,对应的吸附架桥与电中和作用就越强,絮凝效果就会越好。(4)经絮凝调理后,CPAB-1(d50=445.650μm)对应的絮体粒径最大,然后为CPAB-2(d50=305.780μm),而CPAB-4和PAM所对应的絮体粒径分较小,分别为d50=197.171μm和d50=130.513μm。CPAB-1、CPAB-2、CPAB-4和CCPAM的分形维数和沉降速率大小顺序依次为CPAB-1(Df=1.61,0.361 cm/s)>CPAB-2(Df=1.53,0.318 cm/s)>CPAB-4(Df=1.48,0.288 cm/s)>CCPAM(Df=1.46,0.267 cm/s)。在Zeta电位的分析基础上探究了絮凝机理。得出了电中和、电补丁与吸附架桥是主要的絮凝作用的结论。这些作用是相互协同与配合,显著提升絮凝效果。
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