低压光引发疏水改性聚丙烯酰胺的制备与絮凝性能研究

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虽然近年来我国经济不断发展,但环境状况却愈发令人担忧,其中水污染问题尤其突出,以至于已经影响到了人民的正常生产生活。絮凝法作为多年来被施用于水处理的主要手段之一,对于水体污染控制的贡献巨大。因此从絮凝法的核心——絮凝剂着手,研发一种节能高效的絮凝剂,对于提升絮凝效果和工艺、防治水体污染,具有重要意义。阳离子聚丙烯酰胺因其优越的性能已成为当前应用范围最广的一类高分子有机絮凝剂。其中疏水改性阳离子聚丙烯酰胺因兼具疏水性基团和阳离子基团而拥有优秀的絮凝性能。论文以低压紫外光为引发方式,以2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(Irgacure2959)为引发剂,选用丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵(DABC)阳离子型表面活性单体、丙烯酰胺(AM)单体,在水溶液中合成疏水改性阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂P(AM-DABC),利用表征方法分析了其结构和形貌,最后将P(AM-DABC)用于处理无机污染物高岭土和有机污染物腐殖酸。论文中包含的主要工作内容:(1)P(AM-DABC)的合成条件优化。考察了总单体质量分数、DABC与AM的单体摩尔比、反应体系p H值、低压光照时长和尿素浓度等合成条件对产物的特性黏度([η])和单体转化率的影响。利用响应面实验,确定了三个合成条件(总单体质量分数、反应体系p H值和低压光照时长)对特性粘度影响的显著性排序,并且得到了合成最高特性粘度为1680.05m L/g的P(AM-DABC)的条件。参照P(AM-DABC)的最优合成条件制备了聚丙烯酰胺PAM和P(AM-DAC)(DAC即丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵,与DABC相似但缺少一个苄基),以对比P(AM-DABC)的絮凝表现。(2)P(AM-DABC)的表征。利用表征仪器对P(AM-DABC)和P(AM-DAC)进行了比较分析。红外光谱仪(FTIR)和核磁共振氢谱仪(~1H NMR)的分析结果表明二者化学结构相似但P(AM-DAC)少一个苄基,扫描电子显微镜(SEM)分析结果表明P(AM-DABC)空间结构更为复杂、孔洞更多,差热-热重分析仪(TGA-DSC)分析结果表明二者热稳定性良好,Zeta电位测定结果表明P(AM-DABC)在较宽的p H值范围(4.0~9.0)能保持正电性。(3)对高岭土的絮凝研究。以单因素实验进行考察,探究了P(AM-DABC)投加量、悬浊液初始浓度、p H条件、慢速阶段搅拌转速和时长等因素对高岭土絮凝效果的影响。利用高岭土絮体含水率实验探究了P(AM-DABC)与P(AM-DAC)絮凝效果差异,实验结果表明经P(AM-DABC)处理的絮体含水率最低为76.1%,优于P(AM-DAC)的处理效果。(4)对腐殖酸的絮凝研究。以单因素实验进行考察,探究了P(AM-DABC)投加量、腐殖酸初始浓度、p H条件、慢速阶段搅拌转速和时长等因素对腐殖酸絮凝效果的影响,得到了较优的絮凝条件:絮凝剂投加量为12mg/L,p H值等于6,慢速阶段搅拌转速为90rpm,搅拌时长为12min,此时腐殖酸去除率为76.6%。利用响应面实验确定了三个因素(絮凝剂投加量、慢速阶段搅拌转速和时长)对絮凝效果影响的显著性排序,并确定了最优的絮凝条件,该条件下腐殖酸去除率最高可达78.12%。最后通过腐殖酸絮体实验,利用二维分形维数表现了腐殖酸絮体的结构情况,实验结果表明经P(AM-DABC)处理的腐殖酸絮体较P(AM-DAC)更加紧实。
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