1、 毕业论文P(AM-DAC-AANa)共聚物的制备及性能研究PREPARATION AND PROPERTIES OF P (AM-DAC-AANa) COPOLYMER专业班级： 能源化学工程 毕业论文IP(AM-DAC-AANa)共聚物的制备及性能研究摘要絮凝沉降是处理污水的主要方法之一，两性聚丙烯酰胺作为絮凝剂在污水处理、造纸行业、石油行业等具有广泛的应用。因此，两性聚丙烯酰胺一直是研究热点。 本文用丙烯酰胺(AM)和丙烯酸钠(AANa) 与阳离子单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)采用光辅助水溶液聚合法发生共聚反应，合成了两性离子型聚丙烯酰胺。通过 FT-IR 技术对所得产物的结构进
2、行了表征，并采用煤泥絮凝脱水程度对其絮凝性能进行了评价。研究了反应体系的单体配比、质量分数、引发剂的用量、光照时间、反应温度、pH 等因素对产物的固含量、特性粘数的影响。两性聚丙烯酰胺的较佳合成工艺条件：n(AM):n(AANa):n(DAC)=1:0.70:0.20，单体质量分数 30%，pH=7，光引发剂用量 40ul，反应时间 2.5h，引发温度 30，通 N2 时间 4min，尿素含量为 5%。所得产品特性粘数为 1022.37mL/g，阳离子度为 10.53%，阴离子度为 36.84%，AM 残留量为 0.031%。较佳絮凝条件为：特性粘数为1022.37mL/g 的絮凝剂用量为 1
3、0mg/L，上清液透光率可达 96.3%。通过红外表征得出成功合成了产品并在絮凝上取得了良好的效果。关键词：两性聚丙烯酰胺，光引发，共聚，絮凝毕业论文IIPREPARATION AND PROPERTIES OF P (AM-DAC-AANa) COPOLYMERABSTRACTFlocculation and sedimentation is one of the main methods to deal with sewage, and the amphoteric polyacrylamide is widely used as a flocculant in wastewater tr
4、eatment, paper industry, oil industry and so on. Therefore, the amphoteric polyacrylamide has been a hot research topic.In this paper, the photo assisted aqueous solution polymerization, copolymerization with acrylamide (AM) and sodium acrylate (AANa) and cationic monomer, acryloxyethyl trimethyl am
5、monium chloride (DAC), amphoteric polyacrylamide was synthesized. By FT-IR technique of nodes of the resulting product structure were characterized, and the degree of dehydration coal slime flocculation to evaluate its flocculation performance.The effects of monomer ratio, mass fraction, initiator d
6、osage, light time, reaction temperature, pH and other factors on the solid content, intrinsic viscosity of the reaction system were studied.The better synthesis conditions of AmPAM: n(AM)：n(AANa)：n(DAC) =1：0.70：0.20, Monomer mass fraction 30%, pH=7, the amount of 40ul, reaction time 2.5h, he trigger
7、 temperature 30 degrees Celsius, through N2 time 4min, urea content is 5%. From the product intrinsic viscosity 1022.37mL/g, cationic degree of 10.53%, degree of anion was 36.84%, am residues 0.031%. optimum conditions of flocculation, intrinsic viscosity 1022.37mL/g,flocculant dosage was 10mg / L a
8、nd supernatant transmission rate up to 96.3%. By means of IR characterization, the product was successfully synthesized and good effect was obtained.KEYWARDS:amphoteric polyacrylamide, photoinitiation, copolymerize-tion, flocculation毕业论文III目录摘要(中文) 摘要(外文)1 文献综述.11.1 水资源现状 .11.2 聚丙烯酰胺（PAM）.21.3 两性聚丙烯
9、酰胺(AmPAM).31.4 两性聚丙烯酰胺的应用.71.5 两性聚丙烯酰胺的絮凝机理.81.6 论文研究目的、意义及研究内容.92 实验部分 .112.1 实验试剂与仪器.112.1.1 实验试剂 .112.1.2 实验仪器 .112.2 实验原理与方法.122.2.1 实验原理 .122.2.2 实验方法 .122.2.3 反应方程式 .132.3 AmPAM 的性能检测 .132.3.1 固含量的测定 .132.3.2 特性粘数的测定 .132.3.3 阳离子度的测定 .142.3.4 阴离子度的测定 .152.3.5 AM 残留量的测定.152.3.6 产品红外光谱分析 .162.4
10、AmPAM 合成影响因素的研究 .162.4.1 阴离子单体用量对聚合物的影响 .162.4.2 阳离子单体用量对聚合物的影响 .162.4.3 单体质量分数对聚合物的影响 .182.4.4 引发剂用量对聚合物的影响 .192.4.5 光照时间对聚合物的影响 .192.4.6 引发温度对聚合物的影响 .202.4.7 溶液 pH 对聚合物的影响 .21毕业论文IV2.4.8 尿素添加量对聚合物的影响 .222.5 最优条件合成的 AmPAM 物性指标.232.6 红外光谱分析.232.7 小结.243 絮凝性能研究 .253.1 实验方法.253.2 絮凝性能研究.253.2.1 不同特性粘数
11、的 AmPAM 对絮凝效果的影响 .253.2.2 AmPAM 对不同煤泥水浓度的絮凝效果的影响.263.2.3 不同煤粒度组成对絮凝效果的影响.263.3 小结.274 结论与展望 .284.1 结论.284.2 展望.28参考文献 .29致谢 .31毕业论文11 文献综述1.1 水资源现状1. 世界水资源现状地球上的水资源，从广义上说是指整个水圈。因为海水很难直接使用，所以我们经常说，水资源主要是指陆地上的淡水资源。然而，陆地上的淡水总量仅占地球总水量的2.53% ，大部分的水分布在南北两极的冰上 。人类目前能够直接使用淡水资源，主要是淡水湖泊，河流和浅层地下水，这些淡水储量仅占所有淡水的
12、0.3%，占全球总水量的十万分之七。然而，这样一个有限的淡水，分布是非常不平衡的。世界上大约有65%的水资源集中在不到10个国家，而80多个世界人口总数超过40%的国家都是严重缺水。北美和拉丁美洲是最丰富的水资源分布地，而相对的水资源短缺则在非洲、亚洲和欧洲。由于经济的发展，水污染越来越严重。在欧洲著名的莱茵河里的鱼已经从工业污染中消失了；75% 的工业废水没有处理从伏尔加河沿岸排放到河里 ；亚洲大部分河流受到污染，成为世界上退化最严重的河流。 长期以来，污水处理没有放在人民的心中，让污水横流，甚至河流作为城市的“清洁器”，只希望河向东流，带走垃圾和废物。目前世界上每年约 4260吨的污水排放
13、，使55兆立方米的水污染，超过全球水的14%。据联合国调查，世界上的河流已经被污染的稳定流量约40% 。水污染不仅对淡水有很大的影响，而且对海洋的污染也是一种冲击。人类一直将浩瀚的海洋和人类的自动净化能力视为世界上最好的和最大的自然垃圾坑，人类利用海洋的主要途径是倾废。各国，特别是工业国，每年向海里倾倒大量废物，如污水污泥、工业废物、疏浚淤泥、放射性废物等。在各种倾倒中，特别值得注意的是倾倒放射性废物，因为这相当于一个又一个失控的核炸弹被放置在周围，一旦发生泄漏，其生态灾难远远超过第二次世界大战中日本广岛的核爆。尽管如此，海上倾倒还被一些国家所乐衷。2. 国内水资源现状中国是一个严重干旱缺水的
14、国家。中国的水资源总量为 28000 亿立方米，占全球水资源的 6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，位居世界第四。但是，人均水资源只有2300 立方米的中国是一个世界人均水资源的最贫乏的国家之一，只有世界平均水平的1 / 4。然而，世界上最大的用水国却是中国。仅 2002 年，全国淡水用量达 5497 亿立方米，大约占 13%的世界年用量，是美国 1995 年淡水供应量 4700 亿立方米的约 1.2 倍。毕业论文2中国自上世纪 70 年代开始水荒，这不是危言耸听，而是客观存在的事实。上世纪 80年代以来我国的水资源短缺逐渐向全国蔓延，形势越来越严重，对农业和国民经济的发展也带来了严重的影响。近
15、年来，工业废水和城市生活污水排放等原因，我国主要河流的水体遭受污染程度不同。在 2003 年，我国 7 大水系污染程度从重到轻依次为：海河、辽河、黄河、淮河、松花江、长江和珠江。其中 407 个重点监测部分，只有 38.1的部分满足国家地表水环境质量标准(GB3838-2002) 规定的 I 类水质要求。3. 污水处理絮凝沉降法是国内外广泛使用的一种既经济又简单的水处理方法，由于其工艺简单、操作方便、处理效果好、应用范围广等，已被广泛用于废水处理中 1。有机高分子絮凝剂在废水处理中的絮凝沉降处理是目前规模最大、应用最广的。其中，聚丙烯酰胺(PAM)是一种重要的有机高分子絮凝剂，具有特殊的物理和
16、化学性质，在水处理中用作絮凝剂、助凝剂、污泥脱水剂等 2。1.2 聚丙烯酰胺(PAM)1. 聚丙烯酰胺的定义聚丙烯酰胺简称PAM，是一种线性聚合物，是水溶性聚合物中应用最广泛的之一，聚丙烯酰胺及其衍生物可作为有效的絮凝剂、增稠剂、纸张增强剂和液体减阻剂，已广泛应用于水处理、造纸、石油、煤炭、冶金、地质、纺织、建筑等工业部门。2. 聚丙烯酰胺的分类聚丙烯酰胺是一种水溶性的线性聚合物，它是由丙烯酰胺(AM)单体自由基聚合形成的，有良好的絮凝性，可以减少液体之间的摩擦，根据离子的特性可分为非离子型、阴离子型、阳离子型和两性型四种。非离子型聚丙烯酰胺通常指不含离子基团的聚丙烯酰胺 3。阴离子型、阳离子
17、型及两性离子型聚丙烯酰胺是依据所带电荷性质划分的。3. 聚丙烯酰胺的性质聚丙烯酰胺是一种白色粉末或小颗粒，聚丙烯酰胺成品通常在适度条件下干燥，一般含水量为百分之五到百分之十五，在玻璃片上制备的聚合物薄膜是一种透明、坚硬、易碎的固体薄膜，玻璃化温度为188，软化温度为210，干燥的一般方法包含少量的水，干燥后，它会很快从环境中吸收水分，白色松软的非结晶固体是用冷冻干燥法分离之后的产物，但它是从溶液中分离出来并干燥后是一种透明固体，完全干燥毕业论文3的聚丙烯酰胺PAM是脆性的白色固体，密度为 1.32g/cm3(23） 。聚丙烯酰胺(PAM)在大多数有机溶剂如甲醇、乙醇、丙酮、 乙醚、脂肪烃和芳香
18、烃中不溶，在甘油、氯乙酸、乙酸、乙二醇、丙烯酸、熔融尿素和甲酰胺等少数极性有机溶剂中除外。在适宜的低浓度下，聚丙烯酰胺溶液可作为一种网络结构，形成一个网络节点; 当浓度较高时，溶液中含有链的许多接触点，使PAM 溶液在凝胶状态。PAM 水溶液与许多有机化合物，可在水中溶解的兼容与电解液的相容性好，对氯化胺、硼酸钠、硫酸铜、硫酸钠、碳酸钠、硫酸钙、硝酸钠、磷酸钠、氢氧化钾、氯化锌、硼酸及磷酸等物质不敏感 4。 1.3 两性聚丙烯酰胺(AmPAM)1. 两性聚丙烯酰胺的定义两性离子型聚丙烯酰胺是一种具有正、负两个电荷的聚合物链的水溶性聚合物 5，阳离子型和阴离子型聚丙烯酰胺的性能都体现在其身上，具
19、有脱色、吸附、除浊、粘合等功能。该产品是一种带有正电荷和负电荷的分子链聚合物。产品外观为白色细颗粒或粉末状固体。其使用特性是具有一般阳离子絮凝剂的优点，具有较好的性能。 该絮凝剂可用于宽范围的 pH 值，具有较高的过滤能力和较低的滤饼含水量，也可用于矿石的酸浸和从酸性含金属的金属中回收有价值金属。2. 两性聚丙烯酰胺的制备方法(1) 丙烯酰胺与阴、阳离子单体共聚单体共聚反应是一种含有阴离子和阳离子基团的 2 种或 2 种以上的烯基类单体的反应。通过改变共聚单体的比例可以调节共聚物的阴离子和阳离子度及电荷密度，具有操作简单、易于控制等优点，毒性低，成本低，可广泛应用于两性聚丙烯酰胺的制备。由于单
20、体的性质不同,可合成强酸强碱型、弱酸强碱型、强酸弱碱型和弱酸弱碱型两性聚合物,其中强酸强碱型聚合物在耐酸碱性、耐盐性和耐温性能较好。阴、阳离子单体的选择和聚合反应条件是共聚的关键条件。甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵(AMPTAC)、甲基丙烯酸-2-（N，N- 二甲氨基）乙酯(DM) 、丙烯酸-2- （N ，N-二甲氨基）乙酯 (DA)等是较常用的阳离子单体。阴离子单体主要是丙烯酸钠(AANa) 和丙烯酸(AA) 。本论文研究的是丙烯酰胺(AM)和阳离子单体 DAC、阴离子单体 AANa
21、 共聚制备两性聚丙烯酰胺。在单体共聚反应中，由于丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)分子结构中没有 2-甲毕业论文4基基团，DAC 具有低位阻和高反应活性的特点，从而得到高特性粘数的聚丙烯酰胺。通过对污水进行净化处理，结果表明，在絮凝剂的特性粘数是相同的情况下，DMC 类絮凝剂没有 DAC 类絮凝剂性能好，原因是 DAC 共聚物的亲水性和灵活性比 DMC 好，在水溶液中，溶解时间短，易于吸附在污染物颗粒表面，形成一个强而大的絮凝体。陶征红 6等以丙烯酰胺(AM)、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化(DAC)、丙烯酸(AA)或其钠盐为单体，采用泡沫体系分散聚合法合成了高分子量、良好的溶解性的两性聚合物 P(
22、AM-DAC-AA)；彭晓宏 7等采用反相乳液聚合法制备了最高可达 26.7d L/g 的特性粘数 的两性聚合物 P(AM-DAC-AANa)，结果表明，这种两性聚丙烯酰胺乳液溶解时间短，且对铝土矿赤泥具有明显的絮凝效果。(2) 接枝聚合这种两性聚丙烯酰胺以天然高分子为原料通过接枝共聚合成。通过接枝聚合的两性聚丙烯酸胺，虽然价格低，易于生物降解，但仍然存在的产品结构不容易控制，产品具有低分子量的问题。(3) 聚丙烯酰胺的大分子改性法大分子改性法是指通过 PAM 自身的活性基团-酰氨基进行水解和 Mannich8-9反应或 Hoffmann10反应合成两性离子型聚丙烯酰胺的方法。其中，水解反应是
23、在碳酸钠或氢氧化钠溶液中进行的。但在大分子改性的过程中却存在一系列的问题，如 Mannich反应的季胺化试剂氯化烷（或硫酸二甲酯）和 Hoffmann 反应中的季胺化试剂（高浓度次氯酸钠）均含有剧毒，加重了环境污染。刘中卫等 11的季胺化试剂为碳酸二甲酯，在搅拌的过程中，向溶液中先加入HCHO 反应 30min，再加入二甲胺反应 4h，最后降温至 30并加入季胺化试剂反应30min，最终合成了一种两性聚丙烯酰胺。虽然研发出了具有绿色环保、絮凝效果较好等优点的季胺化试剂，并解决了两性在阴离子和阳离子的制备过程中的不亲和性问题，但存在反应时间长、操作繁琐等问题。刘献玲等 12采用大分子改性法合成了
24、两性高分子聚合物絮凝剂。通过水解反应和曼尼期反应合成了两性聚丙烯酰胺,并对产品进行了絮凝测验。 通过对膨润土悬浮液、印染厂废水和造纸厂废水的絮凝试验，结果表明，该絮凝剂的综合性能优于阳离子、阴离子和无机絮凝剂。3. 两性聚丙烯酰胺的聚合方法及聚合机理两性离子型聚丙烯酰胺的聚合方法 13主要包括水溶液聚合，反相乳液聚合，反相微乳液聚合，水分散聚合等方法，此外还有沉淀聚合法、反相悬浮聚合等聚合方法。毕业论文5(1) 水溶液聚合法目前，水溶液聚合法是国内外聚丙烯酰胺工业生产中使用的最广泛的方法。聚丙烯酰胺胶体和粉产品可采用水溶液聚合法生产，由于其工艺简单、安全性高、成本低等优点，广泛应用于各种聚合工
25、艺。近年来，通过改变引发方式或低温高效复合引发体系的使用，对造粒的新类型的选择、干燥和粉碎技术和设备，开发更先进的自动、连续的工艺条件和提高聚合物的相对分子质量是水溶液聚合方法的研究热点。水溶液聚合用水代替有机溶剂，避免了反应过程所造成的污染。该聚合产物的相对分子量分布较广，且残留的单体在溶剂中保留，有利于获得高纯度的聚合物产品。水作为分散剂，体系的粘度小，热可及时分散 14。产物的性质主要取决于水溶液聚合的引发剂和反应条件。Zhi Yu Huang 等 15以丙烯酰胺、十八烷基二甲基烯丙基氯化铵和丙烯酸作为单体，该混合物的质量分数为 25%，在 40水浴中加入 0.05%的 KPS，恒温 1
26、2 小时。两性疏水性缔合性聚合物采用水溶液聚合法制备，水解度在 14.5%到 14.9%之间，同时越高的疏水性基团的含量聚合反应就越剧烈。(2) 反相乳液聚合法反相乳液聚合是以有机溶剂和水作为介质和油溶性乳化剂，使水溶性单体聚合，使水溶液分散成油包水(W/O) 型乳液。反相乳液聚合制备的聚丙烯酰胺乳液或干粉产品的分子量高和分布较窄。二十世纪六十年代以来，美国开始对反相乳液聚合的机理和动力学研究及其动力学机制影响因素的研究。采用反相乳液聚合法合成的是一种线性聚合物，具有较高的电荷密度，良好的水溶性和较强的絮凝能力，水处理中用量少，对环境无污染。但反相乳液的生产工艺复杂，价格远高于同类产品，然后逐步转向反相微乳液聚合。(3) 反相微乳液聚合法近年来，为了克服大分子改性、乳液聚合和溶液聚合等问题，在反相乳液聚合的基础上，找到了反相微乳液聚合方法。反相微乳液一般由水相、油相、乳化剂和助乳化剂四部分组成。其中，乳化剂是非常重要的，在微乳液体系中使用的乳化剂是离子型和非离子型。在非水介质中，乳化剂将水溶性的单体乳化聚合得到微胶乳的聚合过程叫做反相微乳液聚合。微乳液是一个稳定的分散体，具有各向同性、借助于油、水而形成的油或者水溶液的连续介质，有油包水和水包油两种形式，由于表面活性剂的作用而形成
