论文部分内容阅读
造纸工业以植物纤维资源为主要原料，生产过程水消耗量大，废水排放量大，生态破坏性大，水污染严重。随着我国造纸工业的迅速发展，水资源的短缺已经成为制约我国造纸业发展的主要因素。因此，对造纸废水水处理技术的研究受到人们的普遍重视，回收废水中的纤维素、填料等有用的悬浮固形物可以降低生产成本和提高废水回用率，对环境保护具有重要的意义。
絮凝沉降法是目前国内外普遍采用的一种既经济又简便的水处理方法，它广泛用于循环用水，工业废水的处理及污泥脱水等过程。絮凝剂在生活污水与工业废水处理过程的固液分离中占有重要的地位，有了性能优越的絮凝剂，通过控制合适的剂量和混合方法，加上后续合理的沉淀过滤工艺，就能获得较理想的处理效果。因此，开发新型、高效的絮凝剂是国内外广大水处理工作者关注的目标。
阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂不仅具有和造纸废水中纤维及填料的电中和能力，还能够在各种微粒之间起到架桥作用，故加入量小，沉淀速度快，对造纸废水有着良好的絮凝效果。
本文选择丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为主要单体，进行了反相乳液聚合，制备出了应用于处理造纸废水的高效阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂，确定其较佳反应条件为：将Span80和Twen80作为复合乳化剂，其HLB为6～10,w(乳化剂)=7％～9％；w(单体)=40％；m(DMC)：m(AM)=1.5～2；w(引发剂)=0.09％；m(EDTA)：m(反应单体)=0.05：100。聚合温度为75～85℃，反应时间6h，得到了相对分子质量430～460万，阳离子度为25～50％(摩尔)的P(DMC-AM)，所得阳离子型高相对分子量的P(DMC-AM)乳液为黏稠微乳液，粒径为0.1～0.2μm左右，可在水中无限地分散，室温半年不凝胶，不分层。通过聚合物提纯，红外光谱聚合表征说明共聚物具有两种单体单元AM和DMC的特性吸收峰。
针对造纸白水絮凝测试研究表明P(DMC-AM)的较佳絮凝条件为：相对分子质量450万，用量1.1～1.3mg/L，阳离子度33％～38％，废水pH=3～7；在造纸白水体系中，CODCr的去除率可达89％，透光率接近100％；用电子扫描电镜观察絮凝物，结果发现絮凝后的纤维间可形成多个物理吸附点，交叉网状结构明显，网络编织致密，说明桥联及电中和作用明显，对造纸白水纤维有着明显的絮凝作用。本文还以造纸黑液、中段废水、脱墨废水为实验对象对阳离子型P(DMC-AM)絮凝剂与几种絮凝剂性能进行了比较，证明其用作造纸废水絮凝剂，絮凝性能优良，絮凝反应时间短、用量少、絮体大且有弹性、沉淀快、滤速快，溶液中纤维去除率高，溶液清晰度好，使用pH值范围宽，已达到同类进口产品性能。
本论文的主要创新点如下：
(1)本实验采用反相乳液聚合方法通过向聚合体系中加入链转移剂异丙醇、少量助溶剂尿素、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺、阳离子单体DMC等方法，合理控制反应条件，制得的阳离子丙烯酰胺共聚物具有强阳离子性和较高的相对分子量，较好的水溶性、pH适用范围宽，在絮凝过程中形成交联网络，对造纸废水有着明显的絮凝作用。
(2)在本实验中通过反相乳液聚合，克服了溶液聚合固含量低和悬浮聚合产品溶解性差的缺点，具有优异的溶解性。使其不仅具有乳液型的优点，而且具有高分子粒子不沉降，可在水中无限分散，室温半年不凝胶，不分层，它既可以直接用作最终产品，也可以经共沸蒸馏，干燥等单元操作除去溶剂而得到粉状产品。
(3)测定了上述共聚物的分子结构及其性能。研究了结构与性能间的关系。讨论了其絮凝作用机理。并针对造纸白水絮凝效果的影响因素进行了探讨，为造纸白水专用絮凝剂的开发提供了有价值的应用基础研究结果。形成的共聚物产品可用作絮凝剂，具有明显的絮凝效果，并通过控制相对分子质量等方法，可制备助留剂和助滤剂。