1、 毕业论文几种离子型聚丙烯酰胺的絮凝效果研究STUDY ON FLOCCULATION EFFECT OF SEVERAL IONIC POLYACRYLAMIDE专业班级： 能源化学工程 毕业论文I几种离子型聚丙烯酰胺絮凝效果研究摘要本文的主要目是研究的几种离子型聚丙烯酰胺的絮凝效果。聚丙烯酰胺絮凝剂广泛应用于增稠、稳定胶体、减阻、粘结、成膜、生物医学材料等方面。水处理中作助凝剂、絮凝剂、污泥脱水剂。石油钻采中作减水剂，驱油剂。在造纸过程中作助留剂，增强剂，因此研究该课题有很大的意义。经实验所得数据可知一般阳离子聚丙烯酰胺可使煤泥浓度为 60g/L 的煤泥的透光率可达到 90，而两性聚丙烯酰
2、胺能达到 80，阴离子聚丙烯酰胺只能达到 70左右。主要研究方法是先采用单因素变量法找到阴离子型、阳离子型以及两性离子型聚丙烯酰胺合成的最佳条件，再合成性能较好产品先研究其对不同煤泥浓度的絮凝效果，然后研究不同特性黏数的产品对同种煤泥浓度的絮凝效果，而合成方法主要是共聚法。最后分析絮凝数据得到阴离子型、阳离子型以及两性离子型聚丙烯酰胺对不同煤泥浓度的絮凝效果。最终发现对于煤泥的沉降而言，阳离子型聚丙烯酰胺的絮凝效果最好，其次是两性离子型聚丙烯酰胺，最后是阴离子型聚丙烯酰胺。关键词：阴离子聚丙烯酰胺，阳离子聚丙烯酰胺，两性离子型聚丙烯酰胺，光引发，絮凝效果毕业论文IISTUDY ON FLOCC
3、ULATION EFFECT OF SEVERAL IONIC POLYACRYLAMIDEABSTRACTThe main aim of this paper is to study the flocculation effect of several kinds of ionic polyacrylamide. Polyacrylamide flocculant is widely used in thickening, stable colloid, drag reduction, adhesion, film forming, biomedical materials, etc. Wa
4、ter treatment as flocculant, flocculant, sludge dewatering agent. As the precipitation agent in oil drilling, oil displacement agent. It has great significance to study the topic in the paper making process as the retention agent and reinforcing agent.The experimental data shows that the general cat
5、ionic polyacrylamide can make the slurry concentration is 60g / L slime light transmission rate can reach 90%, and amphoteric polyacrylamide can reach 80% and anionic polyacrylamide can only reach 70%. The main research method is first to use the method of single factor variable find anionic, cation
6、ic and amphoteric ionic polyacrylamide synthesis optimum conditions, and synthetic products to study flocculating effect of different coal slurry concentration and characteristics of different viscosity number of products of the same coal slurry concentration flocculating effect, and synthetic metho
7、d is mainly copolymerization. Finally, the paper analyzes the data of flocculation anionic, cationic and amphoteric ionic polyacrylamide on different concentration of slime flocculation effect. Eventually found for coal slime settling for, the flocculating effect of cationic polyacrylamide (PAM) is
8、the best, followed by amphoteric polyacrylamide, anionic polyacrylamide is the last.KEYWORDS:nionic polyacrylamide, cationic polyacrylamide, amphoteric polyacrylamide, light induced, flocculation effect毕业论文i目录摘要 .IABSTRACT.II1 文献综述 .11.1 絮凝剂 .11.2 聚丙烯酰胺(PAM) .21.3 阳离子型聚丙烯酰胺 .41.4 两性离子型聚丙烯酰胺 .61.5 阴离
9、子型聚丙烯酰胺 .81.6 研究目的、意义及内容 .92.实验部分 .112.1 实验试剂与仪器 .112.1.1 验试剂 .112.1.2 实验仪器 .112.2 离子型聚丙烯酰胺的性能检测 .122.2.1 固含量的测定 .122.2.2 特性粘数的测定 .122.2.3 阳离子度的测定 .122.2.4 阴离子度的测定 .132.2.5AM 残留量的测定 .132.3 几种离子型聚丙烯酰胺的聚合机理与制备 .142.3.1 聚合机理 .142.3.2 阳离子型聚丙烯酰胺的制备 .142.3.3 两性离子型聚丙烯酰胺的制备 .142.3.4 阴离子型聚丙烯酰胺的制备 .152.4 几种离子
10、型聚丙烯酰胺的红外光谱分析 .152.4.1 阳离子型聚丙烯酰胺红外光谱分析 .162.4.2 两性离子型聚丙烯酰胺红外光谱分析 .162.4.3 阴离子型聚丙烯酰胺红外光谱分析 .172.5 本章小结 .172.5.1 阳离子型聚丙烯酰胺 .172.5.2 两性离子型聚丙烯酰胺 .17毕业论文ii2.5.3 阴离子型聚丙烯酰胺 .183.几种离子型聚丙烯酰胺的絮凝效果 .193.1 阳离子型聚丙烯酰胺的絮凝效果 .193.1.1 不同特性黏数的阳离子型聚丙烯酰胺对煤泥水的絮凝效果 .193.1.2 阳离子型聚丙烯酰胺对不同煤泥水的絮凝效果的研究 .203.2 两性离子型聚丙烯酰胺的絮凝效果
11、.203.2.1 不同特性黏数的两性离子型聚丙烯酰胺对煤泥水的絮凝效果 .203.2.2 两性离子型聚丙烯酰胺对不同煤泥水的絮凝效果的研究 .213.3 阴离子型聚丙烯酰胺对煤泥水的絮凝效果 .223.3.1 不同特性黏数的阴离子型聚丙烯酰胺对煤泥水的絮凝效果 .223.3.2 阴离子型聚丙烯酰胺对不同煤泥水的絮凝效果的研究 .224.结论与展望 .24参考文献 .25致谢 .27毕业论文11 文献综述1.1 絮凝剂各国随着经济的快速发展,其工业生产也跟着迅速发展，这也导致了用水量的大量增加。因为现在很多工业生产离不开水，然而这也导致了大量的废水的产生。又由于水资源的匮乏，所以水处理技术得到了
12、科研人员的广泛关注，现阶段已经有的水处理技术主要有絮凝沉降法、生化法、电渗析法。其中应用最为广泛的是絮凝沉降法。当然这种方法关键的就是絮凝剂的使用，然而絮凝剂的种类有很多，其效果又有很大的不同，所以各国都在积极的研究絮凝剂，从而研制出效果良好的絮凝剂来处理大量的废水。1.1.1 絮凝剂的分类由于大量的研究，现在絮凝剂的种类繁多，按其组成不同可以分为有机絮凝剂、无机絮凝剂和微生物絮凝剂。不同种类的絮凝剂的效果与用法也截然不同，无机絮凝剂投药量大，但是絮凝沉淀速度却很慢；然而有机絮凝剂却具有用量少，絮凝速度快等优点，因此具有广阔的应用。无机絮凝剂主要分为铝盐和铁盐。常用的铝盐有硫酸铝、氯化铝和明矾
13、，铁盐有硫酸铁和氯化铁等。但用于水处理时，低分子絮凝剂存在着用量大、成本高、腐蚀性大等缺点。所以也渐渐被有机絮凝剂取代，无机絮凝剂分类见图1-1阳离子絮凝剂无机低分子絮凝剂阴离子絮凝剂无机絮凝剂阳离子絮凝剂无机高分子絮凝剂 复合型絮凝剂 阴离子絮凝剂图 1-1 无机絮凝剂分类毕业论文2与无机絮凝剂相比，由于有机高分子絮凝剂分子上的链节与水中悬浮胶体微粒有极强的电性中和及吸附架桥作用。因此絮凝效果优良的有机高分子絮凝剂具有用量小、产生污泥量少，不易受水中共存盐类、pH 值及温度的影响，沉降速度快、污泥易于脱水等优点，因此是近年来国内外普遍重视、发展速度最快的一类水处理剂。有机絮凝剂的分类见图 1
14、-2阳离子型絮凝剂阴离子型絮凝剂 合成有机高分子絮凝剂 非离子型絮凝剂两性型絮凝剂有机絮凝剂天然有机高分子絮凝剂图 1-2 有机絮凝剂分类生物絮凝剂是经过微生物的发酵、提取、精制等工艺从微生物或其分泌物中制备具有凝聚性的代谢产物，这些物质能使悬浮物微粒连接在一起，并使胶体失稳，形成絮凝物。生物絮凝剂广泛应用于医药、食品、化学和环保等。1.2 聚丙烯酰胺(PAM)1.2.1 聚丙烯酰胺的概述聚丙烯酰胺与其衍生物基本上都是通过丙烯酰胺自身的均聚或者与其它单体共聚而得到的产物，工业上凡有 50%以上 AM 单体的聚合物都泛称聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺絮凝剂为水溶性高分子聚合物，不溶于大多数有机溶剂，具有
15、良好的絮凝性，可以降低液体之间的磨擦阻力，聚丙烯酰胺对众多发酵液具有良好的絮凝效果,聚丙烯酰胺按根据 PAM 长链结构的不同可分为阴离子型、阳离子型、非离子型以及两性离子型，但不同的聚丙烯酰胺的使用浓度及絮凝的 pH 值对絮凝效果有很大的影响。聚丙烯酰胺絮凝剂广泛应用于增稠、稳定胶体、减阻、粘结、成膜、生物医学材料等方面。水处理中作助凝剂、絮凝剂、污泥脱水剂。石油钻采中作降水剂，驱油剂。在造纸过程中作助留剂，补强剂。1.2.2 聚丙烯酰胺的性质毕业论文3聚丙烯酰胺主要有吸附性、高黏性、交联性三种性质。其吸附性主要表现在分散、吸附与絮凝上，其中分散的功能基团是酰胺基，其工业应用有分散助剂、造纸、
16、纺织；其吸附的功能基团为酰胺基离子基团，其工业应用是造纸、地质、石油；最后的絮凝的功能基团是酰胺基线性长链，其工业应用有固体回收、釆矿、选矿。其高黏性的主要作用是流变控制，其中的功能基团有线型长链与离子基团，工业应用于消防、化工、舰船减阻、三次采油等最后的交联性的主要作用是凝胶、高吸水性、生物惰性，其主要应用有三次采油、农林、造林、改造沙漠、农业植保等。现在聚丙烯酰胺及其衍生物可作为增粘剂、增稠剂、絮凝剂、油水分离剂、纸张增强剂和液体的减阻剂等，并且广泛应用于石油开采、水处理、造纸、纺织、印染、选矿、洗煤、医药、制糖、建材、农业等领域之中。其主要用途已发展到约 27 个领域，其发挥作用主要是因
17、为由于聚丙烯酰胺结构单元中含有酰胺基、易形成氢键，使其具有良好的水溶性和很高的化学活性，易通过接枝或交联得到支链或网状结构的多种改性物质。1.2.3 聚丙烯酰胺的分类聚丙烯酰胺絮凝剂为水溶性高分子聚合物，不溶于大多数有机溶剂，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的磨擦阻力，由于聚丙烯酰胺分子的主链上带有大量的侧基都是酰胺基。酰胺基化学活性大,能与多种氢键的化合物结合,还可以和多种化合物反应而产生许多聚丙烯酚胺的衍生物。按离子特性分可分为非离子、阴离子、阳离子和两性型四种类型。1.2.4 聚丙烯酰胺的聚合方法聚丙烯酰胺的聚合方法研究较多的有水溶液聚合法、乳液聚合法、分散聚合法等。水溶液聚合法是目前
18、聚丙烯酰胺聚合工艺中应用最广泛的工艺,它是聚丙烯酰胺(PAM)生产的主要技术。水溶液聚合法具有工艺操作简单、安全性高、成本较低等优点,国内外 PAM 工业生产大都采用此法,所以水溶液聚合法的研究己经比较深入。乳液聚合法常用的有常规乳液聚合,反相悬浮乳液聚合,反相微乳液聚合等。其中合成阳离子聚丙烯酰胺研究较多的是反相悬浮乳液聚合。反相乳液聚合法具有转化率高、产物的相对分子量高、产品容易干燥及易实现自动化生产等优点,是目前研究的热点。2008 年惠泉 1等以丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为单体,通过反相乳液聚合法合成了 P(DMC-AM)共聚物,实验结果证明,在最佳聚合工
19、艺条件下,所得产物的特性粘数可达7.617dL/g。2009 年钟宏 2等以丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为共聚单体,石蜡为连续相,Span80 和 OP10 为复合型乳化剂,通过反相毕业论文4乳液聚合制备高分子阳离子共聚物 P(DMC-AM),在最佳工艺条件下所得产物的相对分子质量可达 589x104。分散聚合法要求在盐溶液中聚合,单体溶于盐溶液,而高聚物以离散小颗粒的形式沉淀下来,产物没有表面活性剂或油存在,容易与水直接混合使用,但是此种方法很难得到相对分子质量高的阳离子聚丙烯酰胺,故此聚合法研究比较缓慢。1.3 阳离子型聚丙烯酰胺阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)在
20、大链节上带有阳离子,其对带负电的颗粒及其他杂质颗粒的吸附作用很强烈,在处理含有大量负电微粒的污水时,兼具有电荷中和及吸附架桥作用,效果比 PAM、阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)更好 3。 阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)是一种水溶性聚电解质,其分子链上带有季氮基团,可以通过改变阳离子度而广泛用于工业废水处理、污泥调节、纸张的增干增强和助留剂等方面。尤其在工业废水处理方面,随着废水中污染物的多样化,特别是带负电荷的有机物的含量不断提高,使用常规水处理剂难以达到满意效果。分子链上带有正电荷活性基团的 CPAM 絮凝剂可与体系微粒通过电性中和、吸附架桥和包络作用来使固体微粒脱稳、絮凝。另外,它还可与带
21、负电荷的溶解物反应生成不溶物,使微粒絮凝沉淀,使水中总含碳量降低。CPAM 具有优良的除浊、脱色性能,特别适合于污泥脱水、有色废水处理及胶体物质含量高的废水处理。CPAM还具有用量少、废水或污泥处理成本低、毒性小以及使用的 pH 值范围宽等优点。1.3.1 阳离子型聚丙烯酰胺的制备阳离子聚丙烯酰胺的制备方法主要有两种:丙烯酰胺单体与阳离子单体共聚与聚丙烯酰胺的阳离子改性。前一种是利用阳离子单体有甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和丙烯酸二甲胺乙醋氯甲烷盐等。如用共聚法制备阳离子聚丙烯酰胺的反应式如下:毕业论文5第二种是聚丙烯酰胺的阳离子改性，这种方法是
22、聚丙烯酰胺上酰胺基团的氮原子的未共用电子对与羰基的电子形成共扼体系,从而使氮原子的电子云密度降低,其上连接的氢原子变得活泼,易与二甲胺和甲醛发生反应,生成叔胺型CPAM4。其反应式如下:1.3.2 阳离子型聚丙烯酰胺的性质阳离子型聚丙烯酰胺在酸性或碱性条件下均可以呈现正电荷性，能于水中吸附悬浮的固体粒子，通过“电中和”和“架桥”作用，使得粒子凝聚成大的絮凝物，这样就能够加速污水的澄清及沉降速率，故可应用在直接过滤低浊度的废水以及快速沉降高浊度废水，尤其适用于带式压滤机、高速离心机等专用的污泥脱水方面的机械。还拥有中和电荷的功能，因此在使用时具有形成絮团速度快、絮团粗大、成团性好等许多优点。1.
23、3.3 阳离子型聚丙烯酰胺的应用(l)在工业废水处理中的应用:CPAM 能有效处理印染、纺织、造纸、化工和冶炼等行业所排放的废水,通过其所含的正电荷基团对污泥中的负电荷的中和作用及高分子优异的架桥凝聚功能,促使胶体颗粒聚集成大块絮状物,从其悬浮液中分离出来,效果明显,投加量少,是一种经济、实用的水处理剂。(2)在石油行业中的应用:将 CPAM 用于注水、注酸、压裂和钻井液,可抑制粘土水化膨胀、分散和转移,防止井壁坍塌及注入流体对油气层的破坏,它适用于各种 pH 值,并且长期稳定。另外,还可用于油田污水的絮凝和脱油,处理后的污水可作为油田回注水而得以循环利用 24。(3)在造纸行业中的应用:在造纸工业中可用作纸张增强剂、助留与助滤剂、絮凝剂,能极大的提高成纸质量,节约成本,提高造纸厂的生产能力。作为增强剂时,CPAM 的酰胺基团与纤维表面的经基有较强的分子间作用,并通过氢键结合,同时,CPAM 的正电荷与无机盐离子、纤维以及其它有机高分子通过静电吸引得
