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(聚)丙烯酰胺分子结构中存在酰胺基,具有较高的反应活性,可在其分子结构中引入新的功能基团(如黄原酸基、巯基等)来制备新型水处理剂。本文以(聚)丙烯酰胺为母体,通过化学反应将重金属强配位基团巯基(—SH)引入其分子链中制备出2种新型螯合絮凝剂巯基乙酰化聚丙烯酰胺(MAPAM)和聚巯基乙酰化丙烯酰胺(PMAAM),该絮凝剂具有螯合和絮凝双重功能,可直接应用于重金属废水处理中。本文以(聚)丙烯酰胺和巯基乙酸为原料,利用单因素实验确定MAPAM和PMAAM制备因素和水平,采用正交实验和响应面实验进行制备条件的优化,获得最佳制备条件,利用元素分析和红外分析进行结构表征,并对其溶液特性和存放稳定性进行了研究。以含Cu(Ⅱ)水样为考察对象,研究了Cu(Ⅱ)初始浓度、水样pH值、共存阳离子、共存阴离子、共存有机配位剂、共存浊度等对MAPAM和PMAAM除铜性能的影响;最后探讨了螯合絮体MAPAM-Cu(Ⅱ)和PMAAM-Cu(Ⅱ)分形维数、稳定特性以及絮体中Cu(Ⅱ)回收性能。主要研究结果归纳如下:(1)在单因素实验确定因素和水平的基础上,利用正交实验和响应面实验对MAPAM的制备条件进行优化,获得其最佳制备条件为:PAM相对分子质量为25万,PAM浓度为1.0%,TGA和PAM(结构单元)物质的量比为3.2:1,反应介质pH值为3.6,反应温度为25℃,反应时间为2.1 h。(2)通过单因素实验确定影响因素和水平基础上,利用正交实验和响应面实验对PMAAM的制备条件进行优化,获得最佳制备条件为:(1)巯基化条件:AM浓度1%、反应物比例4:1、反应介质pH值为3.0、反应时间t为1.5 h、反应温度T为30℃;(2)聚合条件:过硫酸铵用量38 mg、甲酸钠用量75 mg、聚合温度为70℃以及聚合时间2.0 h。(3)MAPAM和PMAAM为阴离子型絮凝剂,在蒸馏水中和自来水中的Zeta电位为负值,且在蒸馏水中MAPAM和PMAAM溶液的Zeta电位的绝对值小于自来水中Zeta电位的绝对值。MAPAM稳定性较好,在低温4℃条件下可存放40 d左右;而PMAAM稳定性相对较差,仅能存放30 d左右。(4)MAPAM和PMAAM去除水样中Cu(Ⅱ)时对水样pH值的要求较低;且体系中共存的无机阳离子、无机阴离子、有机配位剂对MAPAM和PMAAM除Cu(Ⅱ)性能产生一定的影响,其中EDTA影响(抑制作用)极为显著,其它干扰因子的影响程度(抑制或促进作用)较小。(5)体系中共存浊度对MAPAM和PMAAM除Cu(Ⅱ)性能影响较小,但MAPAM和PMAAM与Cu(Ⅱ)螯合反应生成的絮体在沉降过程中起架桥作用,可有效的除去水体中的浊度;MAPAM和PMAAM对不同初始浓度的含Cu(Ⅱ)水样均有良好的去除效果,最佳投药量随Cu(Ⅱ)初始浓度的增加而增加,表现出一定的化学计量关系。(6)红外光谱和元素分析表明,MAPAM和PMAAM分子结构中成功接上巯基基团,且巯基可与水样中Cu(Ⅱ)发生螯合反应,生成螯合絮体MAPAM-Cu(Ⅱ)和PMAAM-Cu(Ⅱ);絮体MAPAM-Cu(Ⅱ)和PMAAM-Cu(Ⅱ)的分形维数分析发现,螯合絮体的分形维数越大,絮体结构越密实,沉淀效果越好。(7)螯合絮体MAPAM-Cu(Ⅱ)和PMAAM-Cu(Ⅱ)稳定性较差,必须对絮体进行回收处理,否则产生二次污染。絮体MAPAM-Cu(Ⅱ)在HNO3、HCl、H2SO4中的回收率较高,可以利用HNO3、HCl或H2SO4进行回收;絮体PMAAM-Cu(Ⅱ)在H2SO4和HNO3中的回收率较高,可用H2SO4或HNO3进行回收。综上所述,通过正交实验和响应面实验双重优化制备的螯合絮凝剂MAPAM和PMAAM对含Cu(Ⅱ)水样中的Cu(Ⅱ)具有良好的捕集性能,是一种性质优良的水处理剂,可望在治理重金属污染方面发挥重大作用。