阳离子聚合物带正电荷,具有水溶性好、特征粘度易于调控和高效低毒等特点,广泛应用于石油开采、造纸、纺织印染、废水和污泥处理等领域。甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（简称DMC）和丙烯酰胺（简称AM）的共聚物P（DMC-AM）是一类常用的阳离子聚合物。本文合成了系列化阳离子度高特征粘度P（DMC-AM）,对其热分解性质和盐溶液粘度性质进行了系统研究,并将其应用于来源不同的污泥脱水处理中。主要研究内容及结果如下:（1）系列化阳离子度高特征粘度P（DMC-AM）的合成工艺为研究系列化阳离子度高特征粘度P（DMC-AM）的合成工艺,采用过氧酸盐-亚硫酸盐引发体系、一次性加料两步升温水溶液聚合方式,以P（DMC-AM）特征粘度（[η]）和单体转化率（Conv.）为考察指标,对10%～90%阳离子度P（DMC-AM）的合成工艺进行研究。探讨了各阳离子度产物的最佳工艺条件附近的单体浓度、引发剂用量、Na4EDTA用量和反应温度等因素对P（DMC-AM）的[η]和Conv.影响;关联了阳离子度与最佳工艺因素、样品[η]和Conv.的关系;采用了FTIR和~1HNMR对系列化阳离子度和特征粘度的P（DMC-AM）进行结构表征。结果表明:在最佳工艺条件下,10%～90%阳离子度P（DMC-AM）的[η]为18.14～14.15 d L/g,相应的Conv.为98.65%～90.11%;随着工艺因素值的增加,P（DMC-AM）的[η]呈现先增加后降低趋势,Conv.呈现先增加后趋于稳定或降低趋势。最佳工艺条件受到聚合反应体系内阳离子度和单体的竞聚率影响。FTIR和~1H NMR证实AM与DMC单体发生了聚合反应生成P（DMC-AM）;随着阳离子的增加,谱图中与阳离子单元有关的特征峰相对面积增加。以上工作,为系列化阳离子度高特征粘度P（DMC-AM）的合成工艺、结构与性质关系研究及其工业应用奠定基础。（2）P（DMC-AM）热分解过程及其机理研究为研究P（DMC-AM）热分解过程及其机理,采用TG和DSC对10%～90%阳离子度和5.80～15.51 d L/g的P（DMC-AM）样品进行了热分解热力学和动力学研究,并用TG-FTIR和TG-MS联用技术对P（DMC-AM）热分解逸出气体进行检测,结合分子键级计算,进行P（DMC-AM）的热分解机理研究。热力学研究中:通过TG-DSC曲线得到热分解过程分为两阶段。对各阶段的热力学参数值分析确定第I阶段以侧链断裂分解为主、第II阶段以主链和与主链直接相连的官能团的断裂为主。动力学研究中:通过Flynn–Wall-Ozawa（FWO）法和Kissinger–Akahira–Sunose（KAS）法计算得到不同转化率下的活化能E,根据系列化阳离子度和特征粘度P（DMC-AM）的E值变化规律,发现50%阳离子度时的反应历程在各个阳离子度下都存在,只是该反应历程所占比例不同。通过Coast-Redfern法计算得到P（DMC-AM）热分解反应的反应级数n及指前因子A。结果表明P（DMC-AM）热分解反应偏向于一级反应。热分解机理研究中:利用量子化学计算得出代表性部分的键级,利用逸出气体分析方法得出50%阳离子度P（DMC-AM）的分解碎片,给出50%阳离子度P（DMC-AM）分子在热分解第I阶段和第II阶段的机理。上述研究结果填补了以往单一样品热力学和动力学研究缺陷,形成了50%阳离子度P（DMC-AM）的热分解机理模型。（3）P（DMC-AM）的盐溶液粘度性质及其作用机理研究为研究P（DMC-AM）的盐溶液粘度性质及其作用机理,以系列化阳离子度和特征粘度的P（DMC-AM）产物为样品,测定其在不同盐溶液中的表观粘度（ηa）。研究溶液中盐的离子半径、阳离子价态和阴离子价态对不同阳离子度和特征粘度P（DMC-AM）ηa的影响。结果表明:一方面,对同一聚合物样品而言,P（DMC-AM）溶液的ηa随着盐浓度的增加,先急剧下降,达到最低值;之后,均随单价盐Li Cl、Na Cl和KCl浓度的增加而趋于稳定,或者均随多价盐Mg Cl2、Al Cl3、Na2SO4和Na3PO4浓度的增加而增加。盐的阳离子半径越大,阳离子价态或阴离子价态越高,对聚合物溶液的ηa变化影响越大;盐的离子价态相同时,多价阴离子对聚合物溶液的ηa变化影响大于多价阳离子的影响。另一方面,对不同聚合物样品而言,在同一种盐溶液中,样品阳离子度越高或特征粘度越大,聚合物溶液的ηa越大。此外,根据P（DMC-AM）在多价盐中ηa的变化规律,提出了多价阳离子盐和多价阴离子盐对P（DMC-AM）表观粘度影响的机理模型。上述研究,完善了对P（DMC-AM）盐溶液粘度性质的认识,为P（DMC-AM）在溶液中的实际应用提供理论支持。（4）P（DMC-AM）絮凝脱水性能及其作用机理研究为研究聚合物P（DMC-AM）的絮凝脱水性能,以系列化阳离子度和特征粘度的P（DMC-AM）产物为原料、以市售系列化阳离子度聚丙烯酰胺为对比物,分别对铝灰法生产聚合氯化铝工艺的污泥和木薯法生产酒精工艺的好氧污泥进行絮凝脱水处理。结果表明:对于主要含无机物的聚合氯化铝生产工艺污泥,使用P（DMC-AM）絮凝脱水效果不及市售样品。然而,对于来自于废水生化处理的、主要含纤维素、多糖和腐殖质等有机物的好氧污泥,使用中低阳离子度高特征粘度絮凝剂的效果较好,其中50%P（DMC-AM）絮凝脱水效果最好,脱水后滤饼含水率为75.23%,可以转运,便于后续处理处置;滤液透过率为96.8%,CODcr为350 mg/L,达到相应排放要求。研究发现,P（DMC-AM）对上述好氧污泥有独特的脱水效果,推测是由于其主链上的甲基结构带来的影响。研究所得结果可为实际应用时从污泥性质着手选择最适合药剂提供理论指导。