博士学位论文-疏水缔合型阳离子淀粉制备、性质及絮凝性能研究.pdf

分类号 尽刃邓了天事 博士学位论文 疏水缔合型阳离子淀粉制备 、 性质及絮凝性能研究 研究生姓 指导导师姓名 、 名刘 祥 义 职称 专科专业 研究方向 论文工作 起止日期 论 文 提 交 日 期 徐晓军 教找 二 杨宇明 教授 矿物加工工程 水处理药剂制备及应用 月 至年 月 月 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下进行 研究工作所取得的成果。 除文中已经注明引用的内容外,本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体,均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。本声明的法律结果由本人承担。 学 位 论 文 作 者 签 名封拜人 期 移耐年 。 月 彩 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留、 使用学位论文的规定,即 学校有权保留、 送交论文的复印件,允许论文被查阅,学校可以公布 论文的全部或部分内容,可以采用影印或其他复制手段保存论文。 导 师 签 名 论 文 作 者 签 名创 一礴 日期 昆明理工大学博论文 摘 丑石 自然 界中淀粉的资源十分丰富,远远超过其它有机物,是人类可以取用的最丰 富的有机资源 。淀粉分子具有很多轻基,通过这些经基的酷化 、醚化 、氧化 、交联 等反应,能改变淀粉的性质 。改性淀粉具有天然有机高分子的特点,其 中包括无毒 、 可以完全被生物分解,在 自然界形成 良性循环等特点 。淀粉改性的方法很多,通过 接枝共聚就是其中的重要内容之一,淀粉与乙烯型单体接枝工艺简单,接枝物性能优 异,可广泛用于造纸 、纺织 、食品、印染 、医药 、废水处理 、选矿 、粘接及油气开 采等领域 。 随着石油和煤 日趋枯竭 以及由此引起严重的能源危机和环境污染,其开发 应用倍受关注 。 水溶 性疏水缔合聚合物是指聚合物亲水性大分子链 中含有少量疏水基 团的水溶 性聚合物 。其具有疏水缔合性 、盐增稠性 、耐温性 、剪切稀释性及表面活性 。因此 其在 油气 开采 、污水污泥处理 、涂料工业 、生物医药 、工程材料等方面具有 巨大 的 应用潜 力 。 本文主要利用反相悬浮聚合,以淀粉为原料,与疏水单体 丙烯酸十八酷 、 阳离子化试剂 二 甲基二烯丙基氯化按 及丙烯酞胺进行接枝共聚,制 备疏水缔合型阳离子淀粉。 同时考察疏水缔合型阳离子淀粉 的性质及应用 前景 。 、在疏水缔合型阳离子淀粉的制备中,利用反相悬浮技术,以氧化一还原引发 体系多 。,一。 进行四元一一一接 枝共聚反应方法,经过大量 实验,首次合成 出阳离子型疏水缔合型淀粉 。通过对制 备过程 中各影 响 因 素的研 究,确定了最佳的制备条件环 己烷 为连续相,一和一组成 的 复合分散 剂,研究了单体 、引发剂 、分散剂用量,油水 比,反应时间,反应温度对 单体转化率和淀粉接枝率 、 接枝效率的影响 。 测定了阳离子化度,粘均分子质量,接 枝共聚 反应表观活化能并用、 一 衍射 、对共聚物进行了表征 。结果表明 采用氧化 还原引发体系可使聚合反应低温快速进 行,表观活化能为。 在油水比为二,一和 丁一质量比为,过硫酸钾浓度为朋, 亚硫酸氢 钠浓度 为,质量 比 为, 单体浓度 为几,反应温度为,反应时间为,乳化剂浓度为时,单体 转化率为,淀粉接枝率为,淀粉接枝效率为。 阳离子化度江 谱 图证明所合成的共聚物为 目标共聚物一 衍射确认在淀粉上发生 了接枝共聚反应 摘要 显示在淀粉颗粒表面发生了反应,颗粒表面由光滑变粗糙 。由反应机理推导的 总速率规律与本实验结果是相吻合的 。 、在 疏水单体丙烯酸十八酷的合成中,采用固体超强酸为催化剂及熔融 酷化法,研 究了丙烯酸与十八醇的摩尔比、催化剂和阻聚剂的用量 、反应温度及反 应时间对反应的影响 。并用红外光谱对共聚物进行了表征 。较佳的反应条件为丙 烯酸与十八醇的摩尔比为,固体超强酸及对苯二酚的用量 质量分数 分别为 、,反应温度为,反应时间为。 在此反应条件下,酷化产率可达。 、 在疏水缔合型阳离子淀粉的溶液性质的研究过程中,研究了阳离子淀粉的粘 度与反应条件 、疏水缔合性 、盐增稠性 、耐温性 、剪切稀释性及表面活性剂 的影响 。 结果表 明,阳离子淀粉的粘度与反应物配比、反应温度 、反应时间 、催化剂的用量 等密切相关 。 疏水单体的用量对系列共聚物溶液粘度的影响存在一个最 佳值,过高的用量将使共聚物无法溶解随共聚物溶液浓度的增加,在临界缔合浓 度 以上,分子间缔合大量形成,水溶液表观粘度迅速增加,表现出明显的疏水缔合 行为在盐溶液 中,聚合物的临界聚集浓度下降,并且粘度上升的幅度也大于在纯 水中的升 幅,随着盐浓度 的增加,疏水基含量较高的聚合物的溶液粘度增加幅度更 大,表现 出 良好的耐盐性能疏水缔合水溶性聚合物溶液粘度随体系温度升高呈现 降低趋势,但粘度保持率较非缔合聚合物要高,表现出耐温性能具有很好的剪切稀 释性,剪切回复时溶液粘度增大阴离子表面活性剂具有增粘作用疏水缔合 水溶性聚 合物除具有 良好 的增粘性 能外,还具有一定的表面活性,且表面活性随无 机盐浓度或温度升高而提高 。 、 在 疏水缔合型阳离子淀粉 的絮凝性能研究中,研究了对硅藻土悬浊液的絮凝 。 结果表明阳离子淀粉絮凝剂投加量在、水溶液值在、水温在 一时有理想的絮凝除浊效果,此时的絮凝效果最佳 。其絮凝性能随着絮凝剂 用量及阳离子基团含量的增加,其絮团沉降时间缩短,上清液的透光率增大 溶液有一定的稳定性,弱酸性环境有助于稳定对高分子絮凝剂 的絮凝理论,尤其是絮凝机理进行一定程度的阐述和总结,并在此基础上,对阳离 子絮凝剂的絮凝机理在理论上进行了初步的推理和解释,其絮凝主要基于 “架桥吸 附 ” 和 “电中和 ” 两种机理 此外,“网捕 ” 和 “粘 附卷扫 ” 对整体的絮凝 效果,尤其是絮体尺寸的增大具有很大的贡献 。 、 在疏水缔合型阳离子淀粉的絮凝实验中,研究阳离子淀粉对滇池含藻水和含 油污水的絮凝性能,通过测定处理前后的值 、 透光率 、化学需氧量的变化, 考查其絮 凝性能并与市售阳离子絮凝剂的絮凝性能对 比实验,结果表 明 昆明理工大学博士论文 对滇池含藻 水 、含油污水和城市污水等有较强的絮凝和脱色效果,且絮凝性能优于 市售阳离子聚丙烯酞胺 。在模拟含油废水絮凝处理过程中,阳离子絮凝剂 对高浓度油污的处理效率较高,对含油份的污水样,处理时间为左右 处理效率能达到以上在滇池水的絮凝处理过程中,的最佳用量为 ,此时去除率达。在城市污水絮凝处理过程中,当疏水缔合阳离子淀 粉投入量在时,的去除率达到。 在植物提取液的絮凝处理过程中, 絮凝法与醇沉法同样能使药液澄清,絮凝法可缩短生产周期,降低成本 。在疏水缔 合阳离子淀粉用量、絮凝温度、提取液为时,滤液透光率 、产 品纯度达最 大值, 、 对 反相悬浮聚合法和水溶液聚合法合成工艺进行了比较 。 采用水溶液聚合法 不能得到疏 水缔合型阳离子淀粉 。反相悬浮聚合法得到产物相对分子质量稍低 。但 是,聚合过程稳定,反应容易控制,并且,后处理过程简单,溶解更顺利,省去了 粉碎或切片过程 。在工业化生产上具有较好的应用前景 。 关键词疏水缔合阳离子淀粉接枝共聚反应反相悬浮聚合固体超强酸 溶液性能絮凝性能 多 , , , 一 ,一 , , , , , 一 , ,一, 一, , , , , , , , 分 昆明理工大学博士论文 、 , ,一一 一 飞, ,一一 , , , , ,一 ,二一 ,一一 , , ,、 , 一 价 、, , , , , 、 , , , , ,一 , , , , , 一, , ,几, 、 , 广 昆明理工大学博十论文 , , 一 釜 七 、 , , , , 一一 , , , 、 , 了 昆明理工大学博士学位论文 目录 摘要 , , 工 第一章 绪论 水 溶 性疏水 缔合 聚合物 疏水缔合聚合物 的概念 疏水缔合水溶性聚合物的分类 , 疏水缔 合水溶性 聚合物 的合成 疏 水缔合 聚合物 的溶液性 能 疏水缔合水溶性聚合物研究现 状 自 疏水缔合水溶性聚合物应用前景 , 油气开采 污 水污泥 处理 涂 料工业 , 生物 医学 工程材 料 , 工淀 粉和变 性 淀粉 , , 一 淀粉 的结构 与基 本性 质 , , 淀粉接 技共 聚物 , , , 引发剂 引发法 , , , , , 辐 射法 , 阳离子淀粉及其制备方法 阳离 子化试 剂 的制备 , 的合 成方法 。 阳离子淀粉 的制备 , , 几 阳离 子淀粉研 究进 展 , , , 阳离子 淀粉 的性质和应用 , 阳离子淀粉 的性质 巧 阳离子淀 粉 的应用 , 阳离子 淀粉絮凝剂研究 中所 存 在 的 问题 , 目录 絮凝 剂 、絮凝理论与絮凝作用机理 , 絮凝 剂 , , 絮凝剂定义及分类 , 八 , 无机絮凝剂 , , 有机高分子絮凝剂 阳离子有机絮凝剂展望 絮凝 的基本 原理 , 絮凝理论与作用机理 天然高分子改性阳离子型絮凝剂絮凝机理 的研究方法 立 题 依 据 及 目的意义 本课 题 的主要研究 内容 第 二章 疏水单体丙烯酸八醋的制备 实验 原 料 仪 器 催 化 剂 的制 备 丙烯 酸 十八 酷 的制备 工 艺 流 程 丙 烯 酸 十八 酷 的表 征 , , , , 结果与 讨论 , , , , 催化 剂种类对 酷化反应 的影响 , 催化 剂制备条件对酷化 反应 的影 响 不 同浓 度硫 酸与浸 泡 时 间对 催 化剂 催化 活性 的影 响 不同焙烧温度与焙烧 时间对催化剂催化活性 的影响 合 成 条件 对 酷 化 反应 的影 响 酸醇 摩 尔 比对酷 化 反应 的影 响 固体 超 强酸用 量 对 酷 化 反 应 的影 响 对 苯 二酚用量 对酷 化 反应 的影 响 , , , 反应 温 度 对酷化 反 应 的影 响 , 反应 时间对酷化 反 应 的影 响 , 催 化 剂 回 收再 利 用 对 酷 化 反 应 的影 响 , , 昆明理工大学博士学位论文 ,酉 旨 化产 物 的测 定 红 外 光 谱 图 , 本 章 结论 , 一 第三章反相悬浮聚合疏水缔合阳离子淀粉 实验部分 , , 原料 仪器 设备 , , 共 聚物 合成 反相悬 浮 聚合 , , , 水溶液 聚合 , 产物 处理 数 据 分析 , 阳离子化度 的测 定参照莫尔法测 定含 量 , , 一 接 枝共聚反应速率测定 , 溶解速度测 定电导仪法 结构表征 , 结 果与讨 论 , , 分散介质对接枝性能的影响 分 散 剂对接 枝 性 能的影响 , , 油水 比对接枝性 能的影响 , , 反应温度 对接 枝性 能的影 响 , , 一 加料方 式接 枝性能的的影响 , 引 发剂用量 对接 枝性能的影 响 , 还 原剂用量对接枝性能的影响 反应 时间对接枝性能的影 响 , 一 丙烯酞胺用量对接枝性能的影响 二 甲基二烯丙基氯化钱用量对接枝性 能的影响 孚 七 化剂浓度对接枝性能的影响 接 枝共聚 反应 的活化能 , 接 枝论证 , 红 外 光谱 , 才 目录 扫描 电子显微镜 粉末一 衍射 接 枝 共聚反应机理 疏 水 缔合 阳离子淀粉制备成本核算 本 章 结论 第四章 疏 水缔合阳离子淀粉溶液性能 实验 部 分 , 一 药 品及仪器 , 药 品 仪器 性 能测 定 , 溶解性 、溶解 时间测定电导仪法 , , 特