水分散型阳离子聚丙烯酰胺的合成及絮凝性能研究

分类_____________ 密级_____________硕 士 学 位 论 文水分散型阳离子聚丙烯酰胺的合成及絮凝性能研究王同俊指导教师姓名： 李鸿洲 正高级工程师 申请学位级别： 理学硕士专 业 名 称： 有 机 化 学 研 究 方 向： 分散聚合 论文答辩日期：2012年6月2日 学位授予日期：2012年6月答辩委员会主席：评阅人：二零一二年六月硕士学位论文M. D. Thesis水分散型阳离子聚丙烯酰胺的合成及絮凝性能研究Preparation and Flocculating Performanceof Cationic Polyacrylamide Obtained ByDispersion Ploymerization王同俊Wang Tongjun西北师范大学Northwest Normal University2012年6月June, 2012目 录独创性声明 (Ⅰ)摘要 (Ⅱ)Abstract (Ⅲ)第一章 绪论 (1)1.1絮凝剂研究开发的背景 (1)1.1.1絮凝剂的义 (1)1.1.2絮凝剂的发展史 (2)1.2 絮凝剂的分类............... .............................................................. .2 1.2.1无机絮凝剂 (2)1.2.1.1 无机低分子絮凝剂.............................. .. (3)1.2.1.2无机膨润土絮剂.......................................... (3)1.2.1.3无机高分子絮剂 (3)1.2.1.4无机絮凝剂存在的问题 (4)1.2.2有机高分子絮凝剂 (4)1.2.2.1合成有机高分子絮凝剂 (7)1.2.2.2天然高分子改性絮凝剂 (8)1.2.3 微生物絮凝剂 (9)1.2.4 复合絮凝剂 (9)1.2.5有机高分子絮凝剂的合法 (10)1.2.5.1高分子化学改性 (10)1.2.5.2自由基聚合 (10)1.3高分子絮凝剂絮凝机理 (11)1.3.1压缩双电层与吸附电中和作用 (12)1.3.2 吸附架桥作用 (12)1.3.3 网捕作用 (13)1.3.4 影响絮凝效果的主要因素 (13)1.4 聚丙烯酰胺的性质 (13)1.4.1 聚丙烯酰胺简介 (13)1.4.2 聚丙烯酰胺的化学性质 (14)1.4.3 聚丙烯酰胺的应用 (15)1.5 聚丙烯酰胺的合成方法 (16)1.5.1 水溶液聚合法 (16)1.5.2 反相乳液聚合 (17)1.5.3 反相微乳液聚和反相悬浮聚合法 (17)1.5.4 沉淀聚合 (18)1.5.5 光引发聚合 (18)1.5.6 辐射引发聚合 (18)1.5.7 分散聚合法 (18)1.5.8 聚丙烯酰胺水分散聚合理论 (19)1.6 分散聚合体系组成 (21)1.6.1 单体 (21)1.6.2 分散介质 (22)1.6.3 分散剂 (22)1.6.4 引发剂 (24)1.6.5 分散聚合体系的其它成 (25)1.7 丙烯酰胺自由基聚合机理 (25)1.7.1 链引发 (25)1.7.2 链增长 (26)1.7.3 链终止 (26)1.7.4 链转移 (27)1.8 研究内容 (27)参考文献 (28)第二章水分散型P(AM/DMC)共聚物乳液的合成 (32)2.1 实验药品及仪器 (32)2.2 分散稳定剂PDMC的制备 (32)2.2.1 反应式 (32)2.2.2 实验操作 (33)2.3 水分散型P(AM/DMC)共聚物乳液的合成 (33)2.3.1 反应式 (33)2.3.2 实验操作 (34)2.4 P(AM/DMC)共聚物乳液的的表征 (34)2.4.1 傅里叶红外光谱（FTIR）测试 (34)2.4.2 平均相对分子量（黏均分子量）的测定 (34)2.4.3 乳液稳定性测试 (35)2.4.4 单体转化率的测定 (35)2.4.5 溶解性的测定 (35)2.4.6 聚丙烯酰胺(PAM)乳液阳离子度的测定 (35)2.4.7 聚丙烯酰胺(PAM)乳液固含量的测定 (35)2.4.8 样品中无机盐的脱除 (36)2.5 结果与讨论 (36)2.5.1单体浓度对聚合物相对分子质量的影响 (36)2.5.2 硫酸铵对AM分散聚合的影响 (36)2.5.3 叔丁醇(TBA)用量对聚合反应的影响 (36)2.5.4 分散剂浓度对分子量的影响 (38)2.5.5 分散稳定剂对产品粒径影响 (38)2.5.6 引发剂对聚合反应的影响 (39)2.5.7 DMC对产物分子量的影响 (40)2.5.8 尿素添加量对聚合物的影响 (40)2.5.9 反应温度对分散聚合的影响 (41)2.6 聚合时间对单体转化率的影响 (41)2.7 聚合产物的红外光谱图 (42)2.8 本章小结 (43)第三章水分散型P(AM/DMC/NVP)乳液的制备 (44)3.1 P(AM/DMC/NVP)的制备 (44)3.1.1 反应式 (44)3.1.2 实验操作 (44)3.2 结果与讨论 (45)3.2.1 单体浓度对聚合物相对分子质量的影响 (45)3.2.2 NVP浓度对聚合物相对分子质量的影响 (45)3.2.3 硫酸铵对AM分散聚合的影响 (45)3.2.4叔丁醇(TBA)用量对聚合反应的影响 (45)3.2.5 分散剂浓度对分子量的影响 (45)3.2.6 引发剂对聚合反应的影响 (47)3.2.7 DMC对产物分子量的影响 (47)3.2.8 尿素添加量对聚合物的影响 (47)3.2.9 反应温度对分散聚合的影响 (48)3.3聚合时间对单体转化率的影响 (48)3.4 PAM扫描电镜图 (50)3.5 聚合产物的红外光谱图 (50)3.6 本章小结 (50)第四章水分散型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂絮凝效果评价 (52)3.1 试剂与仪器 (52)3.2 实验部分 (52)3.3 结果与讨论 (53)结论与展望 (54)硕士期间已发表或待发表的文章 (55)致谢 (56)独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解西北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。

（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：I摘 要随着人们生活水平的提高，环境问题变得日益严峻，成为制约经济发展的重要因素。

其中，水污染显得尤为突出，水污染包括生活水污染和工业水污染等。

阳离子聚丙烯酰胺由于其具有优良的絮凝效果，故而被广泛应用于水处理领域。

本文在参考相关文献基础上，以叔丁醇（TBA）、硫酸铵及去离子水的混合物为反应介质，以丙烯酰胺(AM)与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)及N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为反应原料，以过硫酸铵（APS）与亚硫酸氢钠为引发剂，以聚乙二醇20000与聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（PDMC）的混合物为稳定剂，进行分散聚合，得到流动性较好的阳离子聚丙烯酰胺乳液。

通过实验考察了单体浓度、单体配比、介质浓度、分散剂浓度、引发剂浓度、螯合剂和尿素添加量、聚合温度对阳离子聚丙烯酰胺分子量和分散相颗粒大小的影响，实验得到的较佳反应条件为：单体浓度9％～16％，阳离子度9％～16％，硫酸铵浓度22％～30％，稳定剂浓度(单体)1％～3.5％，反应温度为30℃-50℃。

所得乳液粘度小、稳定性好，单体转化率可达到99.4％以上，共聚物分子量最高可达到350万。

通过粘度法测定了相对分子量，通过红外光谱确定了产物的结构含有聚丙烯酰胺的特征峰。

用扫描电镜(SEM)反应了聚合物粒径大小情况。

通过絮凝实验，反映了阳离子聚丙烯酰胺的阳离子度及絮凝剂分子量对絮凝效果影响。

关键词：絮凝剂；聚丙烯酰胺；分散聚合；阳离子IIAbstractW i t h t h e i m p r o v e m e n t o f p e o p l e's l i v i n g s t a n d a r d,t h e e n v i r o n m e n t a l p r o b l e m s b e c o m e i n c r e a s i n g l y s e v e r e,w h i c h a r e t h e m a i n f a c t o r t h a t r e s t r i c t e c o n o m i c p r o g r e s s.A m o n g t h e m,t h e w a t e r p o l l u t i o n i s p a r t i c u l a r l y p r o m i n e n t,w h i c h i n c l u d e s d o m e s t i c w a t e r p o l l u t i o n a n d i n d u s t r i a l w a t e r p o l l u t i o n.C a t i o n i c p o l y a c r y l a m i d e i s w i d e l y a p p l i e d i n t h e f i e l d o f w a t e r t r e a t m e n t b e c a u s e o f i t s g o o d f l o c c u l a t i o n e f f e c t.I n t h i s p a p e r,o n t h e b a s i s o f r e f e r e n c e l i t e r a t u r e,i n o r d e r t o t h e m i x t u r e o f t e r t-b u t y l a l c o h o l (TB A),a m m o n i u m s u l f a t e a n d d e i o n i z e d w a t e r a s r e a c t i o n m e d i u m s,t h e a c r y l a m i d e (A M),m e t h y l a c r y l o y l o x y e t h y l t r i m e t h y l a m m o n i u m c h l o r i d e(D M C)a n d N-v i n y l p y r r o l i d o n e(N V P)a s r a w m a t e r i a l s,a m m o n i u m p e r s u l f a t e a n d s o d i u m b i s u l f i t e a s i n i t i a t o r s,t h e m i x t u r e o f p o l y e t h y l e n e g l y c o l20000a n d p o l y m e t h a c r y l a t o e t h y l t r i m e t h y l a m m o n i u m c h l o r i d e(P D M C)a s s t a b i l i z e r s,b y d i s p e r s i o n p o l y m e r i z a t i o n, g e t c a t i o n i c p o l y a c r y l a m i d e e m u l s i o n w i t h g o o d f l u i d i t y.T h r o u g h t h e e x p e r i m e n t a l i n v e s t i g a t i o n o f t h e e f f e c t s o f m o n o m e r c o n c e n t r a t i o n, r e a c t i o n m e d i u m c o n c e n t r a t i o n,d i s p e r s a n t c o n c e n t r a t i o n,i n i t i a t o r c o n c e n t r a t i o n,t h e a d d i t i o n a m o u n t o f c h e l a t i n g a g e n t a n d u r e a,p o l y m e r i z a t i o n t e m p e r a t u r e o n t h e m o l e c u l a r w e i g h t o f c a t i o n i c p o l y a c r y l a m i d e a n d d i s p e r s e d p h a s e p a r t i c l e s i z e, o b t a i n e d b e t t e r r e a c t i o n c o n d i t i o n s a r e:t h e m o n o m e r c o n c e n t r a t i o n i s9%t o16%, c a t i o n i c d e g r e e i s9%t o16%,t h e c o n c e n t r a t i o n o f a m m o n i u m s u l f a t e i s22%t o30%, t h e s t a b i l i z e r c o n c e n t r a t i o n(m o n o m e r)i s1%t o3.5%,r e a c t i o n t e m p e r a t u r e i s30℃t o 50℃.T h e e m u l s i o n o b t a i n e d h a s g o o d s t a b i l i t y a n d l o w v i s c o s i t y,t h e m o n o m e r c o n v e r s i o n r a t e c a n r e a c h m o r e t h a n99.4%,t h e o p o l y m e r m o l e c u l a r w e i g h t c a n r e a c h a m a x i m u m o f3.5m i l l i o n.T h r o u g h t h e d e t e r m i n a t i o n o f t h e r e l a t i v e m o l e c u l a r w e i g h t,w e r e c o n f i r m e d b y I R that the structure of reaction product contains the characteristic peak of polyacrylamide. U s i n g s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y(S E M)r e a c t i o n s o f t h e p o l y m e r p a r t i c l e s i z e c a s e.T h r o u g h f l o c c u l a t i o n e x p e r i m e n t s,r e f l e c t i n g t h e e f f e c t s o f c a t i o n i c p o l y a c r y l a m i d e f l o c c u l a n t c a t i o n i c d e g r e e a n d m o l e c u l a r w e i g h t o n t h e e f f e c t s o f f l o c c u l a t i o n.Key Words: Flocculant, polyacrylamide, dispersion polymerization, cationicIII西北师范大学硕士学位论文水分散型阳离子聚丙烯酰胺乳液的合成及絮凝性能研究第一章 绪论1.1 絮凝剂研究开发的背景随着经济的发展，人们生活水平也得到了很大提高，但是伴随着的环境问题变得日益严峻，成为制约经济发展的重要因素。