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阳离子高分子絮凝剂是近年发展起来的用于强化常规絮凝处理技术的药剂,已广泛用于工业废水、生活污水处理及饮用水制备等领域。目前常用的二甲基二烯丙基氯化铵的共聚物(PDM-AM)具有无规则线性分子结构,电荷随机分布在分子链上,局部的电荷密度较低,影响处理效果。
梳形聚合物--聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯/丙烯酰胺聚合物(QPDMAEMA-AM)是一种特殊的接枝聚合物,由一条聚合物主链和多条与之通过共价键相连的支链组成。与其他阳离子聚丙烯酰胺类水溶性高分子化合物相比,分子中所有侧链等长,阳离子单元结构稳定;电荷集中分布在梳齿上,局部电荷密度较高;水溶性好,pH适用范围广,絮凝能力强;且用量少、无毒以及不污染环境等。
本论文以甲基丙烯酸二甲胺基乙酯(DMAEMA)为原料,2-溴代异丁酸烯丙酯(ABIB)为引发剂,1,1,4,7,10,10-六甲基三亚乙基四胺(HMTETA)和溴化亚铜为配位体,采用原子转移自由基聚合(ATRP)方法合成了带有末端活性基团的大分子单体PDMAEMA。将大分子单体PDMAEMA在保留活性基团的条件下季铵化形成高分子季铵盐,再与丙烯酰胺共聚,制备了具有梳形结构的阳离子型高分子絮凝剂QPDMAEMA-AM共聚物。采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)和H1-核磁共振谱(H1-NMR)对大分子单体和梳型聚合物结构进行表征,结果与预期相符。研究了反应条件对产率及物化性质的影响,结果表明:
(1)大分子单体的合成对反应温度要求不是很苛刻,在较温和的条件下即够实现反应。
(2)大分子单体PDMAEMA具有明显的表面活性的特征,CMC为0.001g/L,对应的表面张力为54mN/m。
(3)随着QPDMAEMA和AM单体比例增大,阳离子转化率呈下降趋势。
研究了QPDMAEMA-AM在不同条件下对二氧化钛模拟废水的絮凝性能,另外,用极化曲线法、电化学阻抗法(EIS)研究了其于1mol·L-1盐酸溶液中对碳钢的缓蚀作用,用SEM观察了添加聚合物前后碳钢表面的腐蚀形态貌。结果表明:
(1)梳型阳离子QPDMAEMA-AM共聚物在20~70℃范围内的热稳定性较好。在一定范围内,絮凝剂的絮凝效果随着阳离子度的增加而提高,但当阳离子度大于9.8%后,絮凝效果反而逐渐降低。因此确定聚合物的适宜阳离子度为9.8%左右。
(2)与无规线性结构阳离子絮凝剂以及市场销售絮凝絮凝剂进行比较,合成产品的絮凝性能优良,对二氧化钛悬浮液絮凝效果明显,用量少,具有一定的抗温抗盐性能。
(3)QPDMAEMA-AM是一种几何覆盖型的混合型缓蚀剂,其在碳钢表面的吸附是自发进行的,符合Langmuir等温吸附模型,SEM和阻抗谱显示其在碳钢表面形成了良好的保护膜。