基本信息
- 项目名称：
- 阳离子聚丙烯酰胺“水包水”乳液型絮凝剂
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 采用一种全新的分散聚合方式，以丙烯酰胺与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为单体，聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为分散剂，盐醇水复合体系的分散介质，氧化还原-偶氮类复合式引发剂，乙二胺四乙酸二钠为螯合剂，半连续型投料方式，确定合成具有高分子量、高固含量、速溶、流动性和稳定性良好的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的最佳方案，用FT-IR技术对聚合物组成进行验证并对其絮凝性能进行评价。
- 详细介绍：
- 采用一种全新的分散聚合方式，以丙烯酰胺(AM)与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为单体，以叔丁醇-硫酸铵-水为分散介质,过硫酸钾-亚硫酸氢钠-偶氮二异丁腈复合式引发剂，在形成的乳液的前提下，将盐和醇的使用量降到最小，达到一种协同效应。采用氧化还原引发剂与偶氮类引发剂复合使用，不仅可缩短聚合反应时间，还可提高聚合产物的分子量。以聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(PDMC)为分散剂，乙二胺四乙酸二钠(EDTA)为螯合剂，半连续型投料方式。又研究无机盐浓度、单体配比、分散体系成分对CPAM的影响，从而确定合成具有高分子量、高固含量、速溶、具有良好流动性和稳定性的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂(CPAM)最佳方案。用FT-IR技术对聚合物结构进行验证并对其絮凝性能进行评价。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 研究速溶、环保、固含量高、性价比高的絮凝剂已成为主要发展方向。本小组以丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为单体、盐-醇-水为分散介质、低分子量聚电解质为分散剂、复合式引发剂利用分散聚合的方法，合成高分子量、低毒性、高效率、绿色环保的阳离子聚丙烯酰胺的最佳方案并确定最佳方案，最后对其组成进行红外技术验证实验产物的真实性，并将其应用在水处理中，对其进行絮凝性能的评价。
科学性、先进性及独特之处
- 本课题采用一种全新的聚合方式，制备具有高分子量、高固含量、溶解迅速完全，流动性和稳定性良好的阳离子“水包水”乳液型聚丙烯酰胺絮凝剂。它摒弃传统絮凝剂的缺点继承优点，不需大型溶解就可迅速完全溶解于水中，不需加入大量转相剂和表面活性剂，降低成本、绿色环保，提高水体重利用率、便于运输的优点，并且使用操作简单、现场应用工艺要求不高，可用于空间要求严格的工作平台，具有较高的性价比和商业实用性。
应用价值和现实意义
- 利用水分散聚合技术合成阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，从其本身的化学性质看，具有溶解速度快、分子量高、毒性低、固含量高、稳定性好等特点；从实际应用角度看，此聚合方法不仅克服传统水溶胶型、乳液型、干粉型絮凝剂聚合方法的缺点，提高产品水溶性，使制品不产生二次污染，简化后处理工艺，而且其合成工艺低成本、高回报、操作简单，切实的达到快速、安全、经济的污水处理要求是本实验希望达到的目标，具有较高的应用价值。
学术论文摘要
- 阳离子型聚丙烯酰胺因其对带负电荷污水有良好的絮凝效果，而被人们广泛应用在污水处理中。本研究采用分散法聚合法制备了阳离子聚丙烯酰胺高分子絮凝剂。 以丙烯酰胺与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为单体进行水分散聚合制被了阳离子聚丙烯酰胺。叔丁醇-硫酸铵-水为分散体系，过硫酸钾-亚硫酸氢钠-偶氮二异丁腈为复合式引发剂，分子量在50万左右的聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(CPAM)为分散剂，乙二胺四乙酸二钠为螯合剂，合成具有高分子量、高固含量、速溶且稳定性好的阳离子聚丙烯酰胺，并用FT-IR技术对聚合物组成进行分析验证。研究无机盐浓度与溶剂叔丁醇浓度比、单体浓度、无机盐浓度对聚合物分子量的影响，得到了较佳的合成条件：硫酸铵浓度26.0％、PDMC分子量40万~50万、PDMC 浓度2.5％、引发剂浓度150mg/Kg、v(TBA)：v(水)=0.2:1、 反应温度80℃、pH=7、单体浓度10％、阳离子度10％、反应时间8h。 在此基础上，研究了产品的分子量、投加量以及絮凝搅拌速度对污水COD去除率和透光率的影响，对其进行絮凝效果评价。
获奖情况
- 获西安工业大学第十四届“探索杯”大学生课外科技作品竞赛自然科学类学术论文特等奖。
鉴定结果
- 作品真实可靠
参考文献
- [1]Ossenbach Sauter M,Riess G.Chimiemacromol culaire.Proprietes mulsifiantes des copolymeres sequences. mulsion du type eau danseau [J]. C R Acad Sc Paris,Serie C,1976,283:269—272 [2]毕树平、胡涌东.交流示波极谱在高分子溶液中的应用—水包水乳液连续相与分散相的确定[J].高分子材料科学与工程,1990,(2):83—84 [3]金正中、朱永、胡涌东.水包水乳液的合成及其相组成的研究[J].高等学校化学学报,1991,12(7):942—945 [4]狄超、胡涌东、金正中.用水相凝胶色谱研究水包水乳液的合成动力学[J].涂料工业,1994,(2):1-4 [5]甘文君、李肇强. 水包水型多彩涂料的研制[J].上海工程技术大学学报,2000,14(1):38-41 [6]马利、李雪松、杨凡.水包水型多彩涂料的研制[J].精细化工,1994,(2):17-22 [7]孙幼红、李小华、李健等.水包水多彩涂料的研制[J].化工时刊,2004,18(1):55-56 [8]韩磊、宁荣昌、谢钢等.分散聚合法制备聚丙烯酰胺水包水乳液[J].功能高分子学报,2004,17(3):493-495 [9]李建文、邱化玉、詹怀宇.水包水型CPAM乳液增强剂的合成及应用[J].精细化工,2005,22(10):788-791/797 [10]邢仁卫、邱化玉、彭涛.水包水型阳离子聚丙烯酰胺在麦草浆中的助留效果研究[J].造纸化学品,2006,18(1):32-35
同类课题研究水平概述
- 有机高分子絮凝剂，具有用量少、絮凝速度快、受共存盐类、pH值及环境温度影响小，生成污泥量少且易处理等优点。其中聚丙烯酸胺类各种离子型有机高分子絮凝剂目前在市场上占有较大份额，阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，因其良好的絮凝效果、脱色效果，可去除污水或污泥中高分子有机物、某些重金属和放射性物质等多种有毒有害的污染物，经过絮凝剂无害处理后的水在节约用水、强化水质处理和提高水的回用率等方面带来显著的经济效益，在造纸工业、石油开采、纺织工业、民用工业等行业中人们广泛使用。 早期的阳离子型聚丙烯酰胺产品多为胶体状，即将丙烯酰胺单体和阳离子单体通过水溶液共聚或将PAM通过曼尼希反应改性得到凝胶状产品。这类产品由于聚合物含量低(质量分数一般不超过8%)增加了运输和包装费用。因此将胶体状产品干燥、粉碎、造粒制成粉末状产品。粉末状产品虽然大幅度扩大了使用范围，但溶解不完全而产生“鱼眼”，造成浪费；需要大型的溶解装置及熟化设备，增大搅拌速度而消除此现象，可这些设备通常体积较大占地面积广，不适合一些空间狭窄的工作平台。因此在上世纪80年代，出现了“油包水”反相乳液和反相微乳液。乳液或微乳液产品可较好地解决溶解性问题，又具有较高的分子量和较高的固含量，但在使用和合成过程中需加入大量转相剂、有机溶剂和表面活性剂，提高成本，产生二次污染。因此，近几年为具有高分子量、高固含量、速溶的“水包水”乳液的出现，成为主要的研究方向。 1976年，法国高分子科学家Riess首先提出并合成了聚合物“水包水”乳液[1]，国内金正中等[2~4]于80年代末期开始研究非离子型PAM“水包水”乳液，90年代涂料工业界开始开发“水包水”多彩涂料[5~7]。本世纪初，韩磊等[8]以乙醇水体系作为反应介质，用分散聚合法制备了非离子聚丙烯酰胺“水包水”乳液，但由于使用了有机溶剂乙醇，所得到的产物并非严格意义上的“水包水乳液”。最近，邱化玉等[9~10]合成了作为造纸增强剂及助留剂的CPAM“水包水乳液”。
