1、 毕业论文几种离子型聚丙烯酰胺的制备及性能研究PREPARATION AND PROPERTIES OF SEVERAL IONIC POLYACRYLAMIDE毕业论文I几种离子型聚丙烯酰胺的制备及其性能研究摘要聚丙烯酰胺（PAM）是指由丙烯酰胺均聚或丙烯酰胺和其他单体共聚生成的线性高分子化学品的总称，是一种重要的水溶性絮凝剂，在污水处理、油田驱油、造纸行业等领域发挥着重要的作用。本论文采用水溶液聚合法并使用了实验室自制光引发剂合成了阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺及两性聚丙烯酰胺。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
2、影响。通过 FT-IR 技术对所得产物的结构进行了表征，并采用煤泥絮凝脱水程度对其絮凝性能进行了评价。两性聚丙烯酰胺：最优反应条件 n(AM):n(AANa):n(DMDAAC)=1:0.70:0.20，单体质量分数 30%，光照时间为 2.5h，引发温度为 30，溶液pH 为 7，引发剂用量为 40ul，尿素添加量为 5%，所得产品特性粘数为989.7mL/g，对其进行性能表征与絮凝效果的研究，结果显示其效果良好，能使40g/L 的煤泥浓度的上清液的透光率达到 75%左右，效果良好。阴离子聚丙烯酰胺：最优反应条件 n(AM):n(AANa) =1:0.35，光照时间为2.0h，单体质量分数
3、30%，引发温度为 25，溶液 pH 为 6.5，引发剂用量为20ul，尿素添加量为 4，所得产品特性粘数为 1094.37mL/g，对其絮凝效果的研究，结果显示其效果一般，能使 40g/L 的煤泥浓度的上清液的透光率达到 65%左右。阳离子聚丙烯酰胺：最优反应条件为 n(AM): n(DMDAAC)=1: 0.18，单体质量分数 25%，光照时间为 3h，引发温度为 35，溶液 pH 为 6，引发剂用量为10ul，尿素添加量为 4，所得产品特性粘数为 934.5mL/g，对其进行性能表征与絮凝效果的研究，结果显示其效果良好，能使 40g/L 的煤泥浓度的上清液的透光率达到 85%以上。关键词
4、：离子型聚丙烯酰胺，光引发，聚合，絮凝剂毕业论文IIPREPARATION AND PROPERTIES OF SEVERAL IONIC POLYACRYLAMIDEABSTRACTPolyacrylamide (PAM) is a general term by acrylamide homopolymerization or acrylamide and other single copolymer generated linear polymer chemicals, is a kind of important water soluble flocculant, which play
5、s an important role in sewage treatment, enhanced oil recovery, paper industry, and other fields.In this paper, the use of aqueous solution polymerization method and the use of the laboratory made light initiator synthesis of anionic polyacrylamide, cationic polyacrylamide and polyacrylamide. The ef
6、fects of monomer ratio, mass fraction, initiator dosage, light time, reaction temperature, PH and other factors on the solid content and intrinsic viscosity of the product were studied. By FT-IR technique on the structure of the products obtained were characterized and the coal slime flocculation de
7、gree of dehydration on the flocculation properties were evaluated.Amphoteric polyacrylamide: optimum reaction conditions of n (AM): n (AANA): n (DMDAAC) =1:0.70:0.20, single body mass fraction 30%, light irradiation time is 2.5h, causing the temperature of 30 DEG C, solution pH was 7, causing agent
8、40ul, urea addition amount is 5%, intrinsic viscosity of income products for 989.7mL/g. The for characterization and flocculation effect research. The results show that the effect is good, can make 40g / L of the slime of the supernatant of the euphotic ratio can reach about 75%, the effect is good.
9、Anionic polyacrylamide: the optimum reaction conditions of n (AM): n (AANA) =1:0.35, light irradiation time for 2h, the monomer mass fraction 30%, causing the temperature of 25 DEG C, pH 6.5, causing agent 20ul, urea content is 4%, the intrinsic viscosity of income products for 1094.37mL/g and Study
10、 on its flocculation effect, the results show the effect of general, the slurry concentration of 40g / L of supernatant of 毕业论文IIIlight transmittance of up to 65%.Cationic polyacrylamide (CPAM): the optimum reaction conditions for n (AM): n (DMDAAC) = 0.18, monomer mass fraction of 25%, light irradi
11、ation time for 3h, initiating temperature is 35 DEG C, the pH of the solution for 6, triggering agent for 10ul, urea content is 4%, intrinsic viscosity of income products for 934.5mL/g. The for characterization and flocculation effect research. The results show that the effect is good, the slime con
12、centration 40g / L of supernatant of transmittance can reach more than 85%.KEYWORDS: Ionic polyacrylamide, photo initiation, polymerization, flocculant毕业论文目录中文摘要.英文摘要.1 文献综述 .11.1 聚丙烯酰胺的概述 .11.2 聚丙烯酰胺的性质 .11.3 聚丙烯酰胺的分类 .21.4 聚丙烯酰胺的合成方法及聚合机理 .31.5 聚丙烯酰胺的应用综述 .51.6 研究的意义及内容 .62.1 实验试剂与仪器 .82.1.1 实验试剂
13、.82.1.2 实验仪器 .82.2 实验原理及方法 .92.2.1 两性聚丙烯酰胺 .92.2.2 阴离子型聚丙烯酰胺 .92.2.3 阳离子型聚丙烯酰胺 .92.3 聚丙烯酰胺的性能检测 .92.3.1 固含量的测定 .92.3.2 特性粘数的测定 .102.3.3 阳离子度的测定 .112.3.4 阴离子度的测定 .112.3.5 AM 残留量的测定 .122.3.6 产品红外光谱分析 .123 聚丙烯酰胺的性能研究 .133.1 两性聚丙烯酰胺合成影响因素的研究 .133.1.1 阴离子单体用量对聚合物的影响 .133.1.2 阳离子单体用量对聚合物的影响 .133.1.3 单体质量分
14、数对聚合物的影响 .143.1.4 引发剂用量对聚合物的影响 .153.1.5 光照时间对聚合物的影响 .163.1.6 引发温度对聚合物的影响 .163.1.7 溶液 PH 对聚合物的影响 .173.1.8 尿素添加量对聚合物的影响 .18毕业论文3.1.9 两性聚丙烯酰胺红外光谱分析 .183.2 阴离子型聚丙烯酰胺合成影响因素的研究 .193.2.1 阴离子单体用量对聚合物的影响 .193.2.2 单体质量分数对聚合物的影响 .203.2.3 引发剂用量对聚合物的影响 .203.2.4 光照时间对聚合物的影响 .213.2.5 引发温度对聚合物的影响 .223.2.6 溶液 PH 对聚合
15、物的影响 .223.2.7 尿素添加量对聚合物的影响 .233.2.8 产品红外光谱分析 .243.3 阳离子聚丙烯酰胺合成因素的研究 .243.3.1 阳离子用量对聚合物性能的影响 .243.2.2 单体质量分数对聚合物性能的影响 .253.3.3 引发剂用量对聚合物性能的影响 .263.3.4 反应温度对聚合物性能的影响 .263.3.5 反应体系 PH 值对聚合物性能的影响 .273.3.6 尿素添加剂对聚合物性能的影响 .283.3.7 产品红外光谱分析 .283.4 本章小结 .294 聚丙烯酰胺的絮凝效果研究 .304.1 絮凝实验步骤 .304.2 絮凝性能试验的分析 .305
16、结论与展望 .325.1 结论 .325.2 展望 .32参考文献 .33致谢 .35毕业论文11文献综述1.1聚丙烯酰胺的概述聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，以下简称 PAM）是特殊的线性水溶性高分子聚合物的一种，是指由单体丙烯酰胺（AM）通过聚合反应生产的聚合物。工业上将聚合物中 AM 单体结构单元达到 50%以上的聚合物都可以称为 PAM，包括非离子型(NPAM)、阴离子型(APAM)、阳离子型(CAPM)和两性离子型（AmPAM),有液态、胶状、粉状等各物理形态数十个品种。聚丙烯酰胺是目前使用较为广泛的表面活性剂，具有优良的增稠、絮凝、沉降、过滤、增粘、助留、净化等多项功能,
17、它作为一类重要的絮凝剂、增稠剂、减阻剂、泥浆处理剂、表面活性剂、土壤改良剂、水土保失剂、种子包衣剂、纸张增强剂广泛用于石油开采、水处理、纺织、造纸、选矿、医药、农业等行业,享有百业助剂之称,并在精细化工的应用中日益活跃，具有良好的应用前景 1。1.2聚丙烯酰胺的性质（1）聚丙烯酰胺的物理性质聚丙烯酰胺的产品外观因制造方法而异，决定于采用的聚合、干燥和粉碎工艺。一般为白色、粉状产品或半透明颗粒。经过水溶液聚合后，热风干燥后粉碎得到的是粉状产品，而不经干燥得到的是胶体产品，分散相乳液聚合后得到的是固含量 30%50%的胶乳产品。聚丙烯酰胺还有其他显著的物理特性，如 PAM 分子链上含有酰胺基,有些
18、还有离子基团,故其显著特点是亲水性高,比其他大多数水溶性高分子的亲水性高得多，高水溶性在实际应用中是极为重要的特性。同时在应用中，聚丙烯酰胺还具有絮凝性、粘合性、降阻性和增稠性等显著使用特性 2 。PAM 对水的降低表面张力影响不大，但分子中存在活性基团,基团吸附于界面后,可以改变界面状态。PAM 可使悬浮物质通过电中和反应，起絮凝、架桥吸附作用。它也能通过化学和物理反应，起粘合、增稠作用，且 PAM 在中性或酸性条件下都有增稠作用。PAM 能有效地减小流体间的摩擦阻力，降低流体粘度，在水里加入少量的 PAM 就能降阻 50%到 80%。（2）聚丙烯酰胺的化学性质PAM 由于分子链上的侧基为较
19、活泼的酰胺基,它能发生多种化学反应,通过这些交联、接枝反应可以获得有特定功能的各种衍生物,但是由于邻近基团效应,反应不能进行完全。一般聚丙烯酰胺可发生水解反应、羟甲基化反应、磺甲基化毕业论文2反应、霍夫曼降解反应、交联反应等 3。1.3聚丙烯酰胺的分类聚丙烯酰胺的种类繁多，可根据其大分子链上官能团在水溶液中的离解性质，可划分成非离子型(NPAM)、阴离子型(APAM)、阳离子型(CAPM)和两性离子型（AmPAM)四个类型。（1）阳离子型聚丙烯酰胺（CAPM)阳离子型聚丙烯酞胺(CPAM)是聚丙烯酰胺的一种线型高分子衍生物,是对污水处理有优良效果的阳离子型高分子絮凝剂，由于它带有独特的侧链结构
20、和带高密度正电荷，可与许多物质亲和、吸附形成氢键 4。其主要是絮凝带负电荷的胶体，具有除浊、脱色、吸附、粘合等功能， 适用于染色、造纸、食品、建筑、冶金、选矿、煤粉、油田、水产加工与发酵等行业含细颗粒和有机胶体含量较高的废水处理，特别适用于城市污水、城市污泥、造纸污泥及其它工业污泥的脱水处理。（2）阴离子型聚丙烯酰胺（APAM)阴离子型聚丙烯酰胺（APAM)为水溶性的高分子聚合物，其分子链带有高密度负电荷。主要用于各种工业废水的絮凝沉降，沉淀澄清处理，如钢铁厂废水，电镀厂废水，冶金废水，洗煤废水等污水处理、污泥脱水等。还可用于饮用水澄清和净化处理。由于其分子链中含有一定数量的极性基团，它能通过
21、吸附水中悬浮的固体粒子，使粒子间架桥或通过电荷中和使粒子凝聚形成大的絮凝物，故可加速悬浮液中粒子的沉降，有非常明显的加快溶液澄清，促进过滤等效果。（3）两性聚丙烯酰胺（AmPAM)两性离子聚丙烯酰胺因分子内含阳离子基团和阴离子基团，它具备了一般阳离子絮凝剂的使用特点外，表现了更优异的性能。此类絮凝剂可在大范围的pH 值内使用，具有更高的滤水量，也可用于强酸浸提矿石或从含金属的酸性催化剂中回收有价值的金属。两性离子型绝非阴离子型、阳离子型的混合，如果把阳离子聚丙烯酰胺与阴离子聚丙烯酰胺配合使用则会发生反应产生沉淀 5。AmPAM 具有絮凝效果明显,经济效益高，具有独特的分子结构,比较适合处理其他
22、絮凝剂难以处理的场合,可以在处理综合废水及较难脱水的胶体废水发挥巨大作用，是十分理想的絮凝剂。（4）非离子型聚丙烯酰胺(NPAM)毕业论文3非离子聚丙烯酰胺是水溶性的高分子聚合物或聚电解质。由于其分子链中含有一定数量的极性基团，它能通过吸附水中悬浮的固体粒子，使粒子间架桥或通过电荷中和使粒子凝聚形成大的絮凝物。所以，它可加速悬浮液中粒子的沉降，有非常明显的加快溶液澄清，促进过滤等效果。主要用于各种工业废水的絮凝沉降，沉淀澄清处理。如造纸与纸浆废水废水处理，选矿与金属冶炼过程的废水处理，钢铁厂和石材加工厂的废水处理等。1.4聚丙烯酰胺的合成方法及聚合机理（1）水溶液聚合法在聚丙烯酰胺的制法中，水
23、溶液法是应用最广泛也是最早的方法。水溶液法的原理是将单体 AM 和引发剂溶解放于水中进行聚合反应，在引发剂作用下，可得 PAM 产品有粉状或胶状两种，产物再经干燥脱水后得到粒状或粉状产品。杨开吉 6等为研究水溶液聚合法的最佳实验条件，其实验以 AM 为聚合单体，(NH4)2S2O8/NaHSO3体系为引发剂，采用水溶液自由基聚合法制备低分子量NPAM， 并通过正交试验，且得出实验最佳合成条件为反应时间 2.5h、反应温度 30、引发剂质量分数 0.1%和单体质量分数 15%。水溶液聚合法的优点是工艺设备简单、价格低廉、环境污染小、操作安全；缺点是所得产物固含量较低，且容易发生酰亚胺化反应生成凝
24、胶，无法通过干燥得到理想产品。（2）反相乳液聚合法反相乳液聚合体系主要包括单体，引发剂，有机相以及乳化剂等组分。聚合法是以水溶性单体水溶液作为分散相,以与水不混溶的有机溶剂作为连续相，在乳化剂作用下形成油包水型乳液，在经过剧烈搅拌而进行的乳液聚合。因为二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）和丙烯酰胺（AM)都极易溶于水，所以可以采用反相乳液聚合法。牛太同 7用 AM 单体配制成浓度为 3060水溶液作为分散相，其中加入少量的二乙胺四乙酸和氧化还原引发剂以及硫化钠和适量的水溶性表面活性剂，其水油度比较低；用芳烃或者饱和脂肪烃作为连续相，其中有加入油溶性表面活性剂，其水油度比较高，例如脱水山梨醇油酸
25、酯，硫酸钠等都有防止胶乳粒子的粘结作用。（3）反相悬浮聚合法反相悬浮聚合为近几年来发展起来的新方法，是指溶有引发剂的单体以液滴形式悬浮于水中进行自由基聚合的方法，其聚合体系主要由单体、有机溶剂、引发剂及悬浮剂所组成 8。它与乳液聚合法类似，但悬浮聚合反应的场所是在分散的小液滴中，而乳液聚合法反应发生在胶束中，所以悬浮聚合法比乳液聚毕业论文4合更易释放热量。此法的优点是生产成本低、工艺简单，操作控制较方便，产品品质优良，聚合效率和固含量高，可以直接使用，产物易于分离、洗涤、干燥，可实现工业化。悬浮法所得产品有较好的水溶性，平均相对分子质量可达到千万以上，可得到粒状甚至粉状产品，且分布范围较窄；缺
26、点是悬浮聚合过程中因使用大量有机溶剂，聚合成本较高，很难广泛应用。（4）沉淀聚合法这种聚合是在有机溶剂或水和有机溶剂混合溶液中进。在聚合反应过程中,PAM 一旦生成就沉淀析出,使反应体系出现两相,因此聚合是在非均相体系中进行,叫沉淀聚合 9-10。沉淀聚合得到的聚合物最大分子量较低,因为在聚合过程中使用的有机溶剂,对丙烯酰胺的聚合是很活泼的链转移剂,此外,当聚合物的分子链增长到一定长度后便沉淀出来,因而限制了分子链的进一步增长，但其分子量分布窄,沉淀聚合体系粘度小,聚合热易散发,聚合物分离和干燥都比较容易。（5)光引发聚合简介光引发体系中主要包括三种物质,反应单体,低聚合物和光引发剂。单体主要
27、是指其分子结构中含有一个或多个双键,这些单体可以在光照下形成自由基并与低聚物或者本体发生聚合反应 11。低聚物是一种高分子聚合物,结构单元中含有不饱和双键,可以进一步参与反应;光引发剂在光照的作用下产生初级自由基,从而引发聚合的进行 12。目前光引发剂(Photointiator,PI)可分为三类:光敏引发剂、裂解型引发剂和阳离子型引发剂。光引发剂主要通过吸收特定波长的光子能量,成为具有高度活性的自由基团,进而引发体系中含不饱和双键或环氧基团分子间的聚合,形成立体网络结构的高分子聚合物。光引发技术具有操作简便,引发剂微量,反应周期短,自由基易生成,所获得产品纯度高、投资少、节能环保等优点。采用
28、光聚合技术进行 PAM 的合成在科学研究中颇为活跃。马帅等 13采用紫外光引发方式，制备了丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)和丙烯酸钠(AANa)的三元共聚物 P(AM-DMC-AANa)，并考察了单体质量分数、引发温度和 pH 等因素对反应结果的影响。光引发过程中光子被引发剂分子的发色团吸收后，它的能量转移给了分子，随之引起分子的电子结构变化。光引发技术聚合遵循自由基聚合机理，可以分为链引发反应、链增长反应、链终止反应及链转移反应。链引发反应是形成单体自由基活性种的反应，这是链反应的开始，包括两步反应： 第一步是引发剂 I 分解产生初级自由基 R,第二步是初级自由基和单体加成，形成单体自由基。链增长反应就是链引发所产生的单体自由基进一步与单体分子迅速加成，
