中国水处理化学品网 发布于 2012-12-03
| 新型阳离子聚丙烯酰胺的合成及絮凝性能研究 赵丰1,贺纪陵2 (1.江西科技师范学院有机功能分子研究所,江西南昌330013,2.江西火炬高新技术开发总公司,江西南昌330010) 摘要:以丙烯腈和二异丁烯为原料,通过里特反应,合成了具有较大空间体积,疏水性好的树枝状功能性单体,并通过质谱,核磁对其结构进行了表征.在复合引发体系的催化下,把功能性单体,丙烯酰胺(AM)和阳离子单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)进行共聚合,合成了不同阳离子度的高性能阳离子聚丙烯酰胺并对其絮凝特性进行了研究.实验结果表明该絮凝剂具有很好的除油,除污效果,有望在污水处理领域得到实际的推广应用. 关键词:阳离子型聚丙烯酰胺,树枝状功能单体,絮凝剂,污水处理 中图分类号:X703.5文献标志码:A doi:10.3969/j.issn.1003-6504.2012.01.020文章编号:1003-6504(2012)01-0095-04 聚丙烯酰胺是污水处理中应用最为广泛的一类有机高分子絮凝剂.近年来由于现代工业的迅猛发展和人民生活水平的提高,污水成分越来越复杂,各种含油污水,高含量有机物的污水以及一些高含量非极性物质的污水量越来越多,污水中O/W油滴,悬浮物,溶解性胶质和水溶性有机物等表面一般都显负电性,因此阳离子型聚丙烯酰胺的研究开发越来越受到人们的关注.但传统阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂存在着耐盐性差,对污水中油类等有机物质絮凝能力弱等缺陷,因此对于高矿化度,高含油和有机物含量高的污水体系不适应[1-5]. 本文通过里特反应,采用胶束共聚合法,合成了具有特殊结构的树枝状功能性单体.该单体具有较大的空间体积,疏水性好,在适当的复合引发剂的作用下,通过和丙烯酰胺及阳离子单体的聚合,合成了高性能的阳离子聚丙烯酰胺.包含了功能单体的聚丙烯酰胺大大增强了聚合物的链刚性,使其不易发生卷曲,大幅度改善了高分子在溶液中的形态,增加了缠绕,包容,架桥和耐盐功能.通过对不同污水的絮凝实验,结果表明该产品具有很好的除油,除污效果. 1·实验部分 1.1试剂30%丙烯酰胺水剂(AM),分析纯,江西昌九农科化有限公司,阳离子单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC,含量80%),分析纯,山东淄博万多福化工有限公司,阳离子表面活性剂(十二烷基三甲基氯化铵或十六烷基三甲基氯化铵),分析纯,北京兴中化学试剂公司,硫酸亚铁铵,过硫酸铵,氯化钠,均为分析纯,北京化学试剂公司. 1.2仪器 玻璃毛细管粘度计,4-0.57,,恒温水浴:控制精度±0.05ºC,郑州科工贸有限公司,LGJ台式冷冻干燥机,光学显微镜,Bruker DMX 300核磁共振谱仪,Micormass GCT质谱仪,JSM-6700F型扫描电子显微镜,Tensor27红外光谱仪,Bruker,德国,SY-20高剪切乳化机,NDJ-1型旋转粘度仪,微孔滤膜过滤实验仪,微波炉或烘箱. 1.3树枝状功能性单体的制备 在20ºC下将20 g浓硫酸加入100 mL冰醋酸中配成溶液,搅拌下向此溶液中滴加5.7 g丙烯腈,随后再向溶液中滴加11.2 g二异丁烯,维持反应体系温度在45ºC以下,继续搅拌反应2~3 h后,向其中加入5倍体积的二次水,搅拌均匀后静置.有针状结晶析出,过滤,水洗,冷冻干燥,得较纯净单体(M). 1.4树枝状单体-丙烯酰胺-二烯丙基二甲基氯化铵共聚物的合成 向容器中加入丙烯酰胺(AM),树枝状单体(M),丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和十二烷基三甲基溴化铵,蒸镏水,用NaOH溶液调节上述溶液至中性,保持上述溶液温度在40ºC以下,向溶液中通入高纯N2,以除去溶液中的O2.然后加入引发剂,进行聚合反应4 h后,再用丙酮沉淀后,在真空干燥箱中干燥至恒重,粉碎即得粉末状产物-结构复合型阳离子聚合物(JXCAS). 1.5结构表征 核磁共振测试采用Bruker DMX 300核磁共振仪在室温下进行,以氘代DMSO,丙酮,CDCl3为溶剂,TMS为内标,所有实验均采用标准脉冲序列,实验温度为室温.电子轰击质谱在Micormass GCT质谱仪上测试,离子源温度220ºC,进样温度350ºC,电子能量70 eV,加速电压8 kV,采用直接进样方式. 2·结果与讨论 2.1树枝状单体结构表征 将树枝状单体分别进行质谱分析和核磁共振氢谱分析,以确认其分子结构,如图1,图2所示. 2.2共聚物JXCAS的结构表征 聚合的阳离子聚丙烯酰胺用丙酮沉析,乙醇抽提纯化,真空干燥,粉碎后,按质量比1:100与KBr混合研磨,5 MPa压力下压片,用红外光谱仪进行测试.红外光谱如图3所示.3 424 cm-1对应-CONH2中N-H的对称伸展振动吸收峰,该峰较宽较强,2 129 cm-1对应-COO-的特征吸收峰,1 737 cm-1和1 669 cm-1对应C＝O酰胺I带特征峰及-CONH-酰胺II带的特征弯曲振动峰,1 483 cm-1为-N(+CH)33甲基的变形振动峰,1 452 cm-1为CH2-N+的特征峰,953 cm-1为季铵盐的特征吸收峰,728 cm-1为(CH3)3C-的伸缩振动.说明功能单体参与了聚合反应,接到了聚合物的..... |
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