（化学工艺专业论文）疏水缔合型阳离子聚丙烯酰胺的制备及性能研究.pdf

。 原创性声明 吣y 1 m 7 叭9 唧帆1 叭3 7 l l 0 帆 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：弧鹂日期：型竺 ! 兰 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：刍氐塑l 导师签名：丝日 期：竺! ! ! 5 二! 矽 山东大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 前言。1日u 吞。l 第1 章文献综述。3 1 1 疏水缔合聚丙烯酰胺概述3 1 2 疏水缔合聚丙烯酰胺的合成方法概述4 1 2 1 非均相共溶剂法4 1 2 2 均相共溶剂法4 1 2 3 胶束共聚合法5 1 2 3 1 胶束聚合的原理5 1 2 3 2 胶束聚合的条件6 1 2 4 微乳液聚合法7 1 2 5 无皂乳液聚合法8 1 2 6 化学改性法9 1 2 7 超临界c 0 2 溶剂法9 1 3 疏水缔合聚丙烯酰胺的溶液性质及影响因素1 0 1 3 1 溶液性质1 0 1 3 2 影响因素10 1 4 疏水缔合阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂研究概述1 2 1 4 1 絮凝剂的作用机理1 2 1 4 2 聚丙烯酰胺类絮凝剂的絮凝机理1 4 1 4 3 絮凝剂絮凝效果的影响因素1 4 1 4 4 阳离子聚丙烯酰胺概述1 5 1 4 5 阳离子聚丙烯酰胺的聚合方法1 6 1 4 5 1 溶液聚合16 1 4 5 2 反相( 微) 乳液聚合法1 6 山东大学硕士学位论文 1 4 5 3 其他聚合方法18 1 4 6 阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂展望l8 1 4 7 疏水缔合阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂研究进展1 9 1 5 疏水缔合聚丙烯酰胺的应用前景2 1 1 5 1 油气田开采2 1 1 5 2 污水污泥处理2 1 1 5 3 涂料工业2 2 1 5 4 生物医学材料2 2 1 6 课题意义及主要研究内容2 2 1 6 1 课题意义2 2 1 6 2 课题创新点2 3 1 6 3 课题主要研究内容2 3 第2 章实验部分2 5 2 1 实验原料2 5 2 2 实验仪器2 5 2 3 实验方法2 6 2 4p ( a m - d a c 一2 v p ) 分析测试和表征2 6 2 4 1 粘度法简介2 6 2 4 2p ( a m d a c 2 v p ) 特性粘数测定方法2 8 2 4 3p ( a m d a c 一2 v p ) 表观粘度测定2 9 2 4 4p ( a m d a c - 2 v p ) 絮凝性能测试2 9 2 4 5p ( a m d a c - 2 v p ) 污泥脱水性能测试2 9 2 4 6p ( a m d a c 2 v p ) 结构表征3 0 第3 章结果与讨论31 3 1 阳离子单体选择3 1 3 2 聚合反应影响因素的研究3 1 3 2 1 单体总质量分数对p ( a m d a c 2 v p ) 特性粘数的影响3 2 3 2 2 引发温度对p ( a m d a c 2 v p ) 特性粘数的影响3 3 3 2 3 引发剂选择及其用量对p ( a m d a c 2 v p ) 特性粘数的影响3 5 山东大学硕士学位论文 3 2 4p h 对p ( a m d a c - 2 v p ) 特性粘数的影响3 7 3 2 5 添加剂对p ( a m d a c 2 v p ) 特性粘数的影响3 7 3 3 单体相对含量对p ( a m d a c 2 v p ) 特性粘数的影响。3 8 3 4p ( 蝴d a c 2 v p ) 的结构表征3 9 3 5p ( a m d a c 2 v p ) 的溶液性质4 1 3 5 1 共聚物浓度对溶液表观粘度影响4 l 3 5 2 疏水单体质量分数对p ( a m d a c 2 v p ) 表观粘度的影响4 2 3 5 3 电解质对共聚物溶液表观粘度的影响4 3 3 5 4 温度对共聚物溶液表观粘度的影响4 5 3 5 5 剪切对共聚物溶液表观粘度的影响4 6 3 5 6 同一聚合物在不同浓度下的剪切稀释行为4 8 3 5 7p ( a m d a c 2 v p ) 溶液的老化4 9 3 6p ( a m d a c 2 v p ) 絮凝性能研究5 0 3 6 1 阳离子聚丙烯酰胺系列絮凝剂的絮凝机理5 0 3 6 2 疏水单体质量分数对絮凝性能的影响5 0 3 6 3p ( 舢v i - d a c 2 v p ) 加入量对共聚物特性粘数的影响5 l 3 6 4 阳离子单体质量分数对絮凝性能的影响5 2 3 6 5 污泥p h 对絮凝性能的影响5 3 3 7p ( a m d a c 2 v p ) 污泥脱水性能研究5 3 3 7 1 共聚物加入量对污泥脱水性能的影响5 4 3 7 2p ( a m d a c 2 v p ) 对污泥比阻的影响5 5 3 8 不同类型絮凝剂絮凝性能的对比5 6 第4 章结论5 9 参考文献6 1 致谢7 1 攻读学位期间发表的学术论文目录7 3 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s c h i n e s ea b s t r a c t i e n g l i s ha b s t r a c t i i i i n t r o d u c t i o n 1 c h a p t e r1l i t e r a t u r er e v i e w 3 1 1s u m m a r i z a t i o no f h y d r o p h o b i c a l l ya s s o c i a t i n gp o l y a c r y l a m i d e 。3 1 2s y n t h e s i so f h y d r o p h o b i c a l l ya s s o c i a t i n gp o l y a c r y l a m i d e 4 1 2 1h e t e r o g e n e o u sp h a s es o l v e n tm e t h o d 4 1 2 2h e m o g e n e o u sp h a s es o l v e n tm e t h o d 4 1 2 3m i c e l l a rc o p o l y m e r i z a t i o n 5 1 2 3 1p r i n c i p l eo fm i c e l l a rc o p o l y m e r i z a t i o n 5 1 2 3 2c o n d i t i o n so f m i c e l l a rc o p o l y m e r i z a t i o n 6 1 2 4m i c r o - e m u l s i o np o l y m e r i z a t i o n 7 1 2 5s o a p - f r e ee m u l s i o np o l y m e r i z a t i o n 8 1 2 6c h e m i c a lm o d i f i c a t i o nm e t h o d 9 1 2 7s u p e r c r i t i c a lc 0 2s o l v e n tm e t h o d 9 1 3s o l u t i o np r o p e r t i e sa n di n f l u e n c i n gf a c t o r so fh y d r o p h o b i c a l l ya s s o c i a t i n g p o l y a c r y l a m i d e 1 0 1 3 1s o l u t i o np r o p e r t i e so fh y d r o p h o b i c a l l ya s s o c i a t i n gp o l y a c r y l a m i d e 10 1 3 2i n f l u e n c i n gf a c t o r s 1 0 1 4r e s e a r c hs u m m a r i z a t i o no f h y d r o p h o b i c a l l ya s s o c i a t i n g c a t i o n i c p o l y a c r y l a m i d e 1 2 1 4 1m e c h a n i s mo f f l o c c u l a n t 1 2 1 4 2f l o c c u l a t i o nm e c h a n i s mo f p o l y a c r y l a m i d e 1 4 1 4 3a f f e c t i n gf a c t o r so f f l o c c u l a t i o ne f f i c i e n c e 1 4 1 4 4s u m m a r i z a t i o no f c a t i o n i cp o l y a c r y l a m i d e 1 5 1 4 5s y n t h e t i cm e t h o d so fc a t i o n i cp o l y a c r y l a m i d e 16 v 山东大学硕士学位论文 1 4 ! ；1s o l u t i o np o l y m e r i z a t i o n 1 6 1 4 5 2e m u l s i o np o l y m e r i z a t i o na n dm i c r o e m u l s i o np o l y m e r i z a t i o n 1 6 1 4 5 3o t h e rp o l y m e r i z a t i o nm e t h o d s 18 1 4 6e x p e c t a t i o no f c a t i o n i cp o l y a c r y l a m i d e 1 8 1 4 7r e s e a r c hd e v e l o p m e n to fh y d r o p h o b i c a l l y a s s o c i a t i n gc a t i o n i c p o l y a c r y l a m i d e 1 9 1 5a p p l i c a t i o np r o s p e c to f h y d r o p h o b i c a l l y a s s o c i a t i n gp o l y a c r y l a m i d e 2 1 1 5 1e x p l o i t a t i o no f o i la n dg a sf i e l d 2 1 1 ! ；2t r e a t m e n to f w a s t e w a t e ra n ds l u d g e 2 1 1 5 3c o a t i n g si n d u s t r y 2 2 1 5 4b i o m e d i c a lm a t e r i a l s 2 2 1 6v a l u ea n dm a i nr e s e a r c ho f t h es u b j e c t 2 2 1 6 1v a l u eo f t h es u b j e c t 2 2 1 6 2i n n o v a t i o no f t h es u b j e c t 2 3_ 1 6 3m a i nr e s e a r c hc o n t e n t so f t h es u b j e c t 2 3 c h a p t e r2e x p e r i m e n t a lp a r t 2 5 2 1e x p e r i m e n t a lm a t e r i a l s 2 5 2 2e x p e r i m e n t a li n s t r u m e n t s 2 5 2 3e x p e r i m e n t a lm e t h o d s 2 6 2 4a n a l y s i s ，t e s i n ga n dc h a r a c t e r i z a t i o no f p ( a m d a c - 2 v p ) 2 6 2 4 1b r i e f i n t r o d u c t i o no f v i s c o s i t ym e t h o d 2 6 2 4 2t e s t i n gm e t h o d so fi n t r i n s i cv i s c o s i t y 2 8 2 4 3a p p a r e n tv i s c o s i t yd e t e r m i n a t i o no fp ( a m - d a c 一2 v p ) 2 9 2 4 4f l o c c u l a t i o np e r f o r m a n c et e s to f p ( a m d a c - 2 v p ) 2 9 2 4 5s l u d g ed e w a t e r i n gt e s to fp ( a m - d a c 一2 v p ) 2 9 2 4 6s t r u c t u r ec h a r a c t e r i z a t i o no f p ( a m d a c 2 v p ) 3 0 c h a p t e r3r e s u l t sa n d d i s c u s s i o n s 31 ：；1c h o i c eo fc a t i o n i cm o n o m e r 31 ：；2i n f l u e n c i n gf a c t o r so f p o l y m e r i z a t i o n 3 1 3 2 1i n f l u e n c eo f t o t a lm o n o m e rc o n c e n t r a t i o no nt h ei n t r i n s i cv i s c o s i t y 3 2 v i 山东大学硕士学位论文 3 2 2i n f l u e n c eo f i n i t i a t i o nt e m p e r a t u r eo nt h ei n t r i n s i cv i s c o s i t y 3 3 3 2 3c h o i c eo fi n i t i a t o ra n di n f l u e n c eo fi n i t i a t o rd o s a g eo nt h ei n t r i n s i c v i s c o s i t y 3 5 3 2 4i n f l u e n c eo f p ho nt h ei n t r i n s i cv i s c o s i t y 3 7 3 2 5i n f l u e n c eo f a d d i t i v eo nt h ei n t r i n s i cv i s c o s i t y 。3 7 3 3i n f l u e n c eo fm o n o m e rc o n t e n to nt h ei n t r i n s i cv i s c o s i t yo fp ( a m d a c - 2 v p ) ：；8 3 4s t r u c t u r ec h a r a c t e r i z a t i o no f p ( a m d a c - 2 v p ) 一3 9 3 5s o l u t i o np r o p e r t i e so f p ( a m d a c 一2 v p ) 4 1 3 5 1e f i f e c to f p o l y m e rc o n c e n t r a t i o no nt h ea p p a r e n tv i s c o s i t y 4 1 3 5 2e f f e c to fh y d r o p h o b i cm o n o m e rm a s sf r a c t i o no nt h ea p p a r e n t v i s c o s i t y 4 2 3 5 3e f f e c to fe l e c t r o l y t eo nt h ea p p a r e n tv i s c o s i t y 4 3 3 5 4e f f e c to f t e m p e r a t u r eo nt h ea p p a r e n tv i s c o s i t y 4 5 3 5 5e f f e c to fs h e a ro nt h ea p p a r e n tv i s c o s i t y 4 6 3 5 6s h e a rt h i n n i n go f t h es a m ep o l y m e ri nd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n 4 8 3 5 7a g i n go f p ( a m d a c - 2 v p ) s o l u t i o n 4 9 3 6r e s e a r c ho f p ( a m d a c 一2 v p ) f l o c c u l a t i o np e r f o r m a n c e 5 0 3 6 1f l o c c u l a t i o nm e c h a n i s mo fc a t i o n i cp o l y a c r y l a m i d e 5 0 3 6 2e f f e c to fh y d r o p h o b i em o n o m e rm a s sf r a c t i o no nt h ef l o c c u l a t i o n p e r f o r m a n c e 5 0 3 6 3e f f e c to fp ( a m - 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v p 为疏水单体同丙烯酰胺( a m ) 共聚合成了 疏水缔合阳离子聚丙烯酰胺p ( a m d a c 2 v p ) 。采用红外光谱和核磁共振光谱对 其结构进行了表征。 研究了单体总质量分数、引发剂用量、引发温度和p h 等工艺条件对 p ( a m d a c 2 v r , ) 特性粘数的影响，得到特性粘数较高的共聚物的聚合反应条件 为：单体总质量分数为3 5 ，引发剂用量为o 0 7 ，引发温度为3 0 ，p h 为 5 0 ，尿素添加量为5 0 。在一定范围内，随着疏水单体2 - v p 和阳离子单体d a c 质量分数的增加，p ( a m d a c 2 v p ) 的特性粘数增大。 考察了共聚物浓度、n a c i 浓度、温度及剪切速率等因素对p ( a m d a c 2 v p ) 溶液性能的影响。实验结果表明：当p ( a m d a c 2 v p ) 溶液浓度大于临界缔合浓 度时，溶液表观粘度随着共聚物浓度的升高而急剧增大；当超过此浓度时， p ( a m d a c 2 v p ) 表现出良好的耐盐性、耐温性和剪切稀释性。 p ( a m d a c 2 v p ) 的絮凝实验结果表明该产品比同条件下制备的阳离子聚丙 山东大学硕士学位论文 烯酰胺p ( a m d a c ) 具有更好的絮凝效果。在一定范围内，随着疏水单体质量分 数的增加，絮凝能力增强；在疏水单体质量分数固定的条件下，当阳离子质量分 数为3 0 0 时，絮凝能力最强；当污泥p h = 5 0 时，p ( a m d a c 2 v p ) 的絮凝性能 最佳。在本实验范围内，当疏水单体质量分数为1 o ，阳离子单体质量分数为 3 0 0 ，污泥p h = 5 0 ，共聚物加入量为2 5m g l 时，活性污泥上层清液的透光率 最大，为9 2 1 。疏水单体的引入降低了污泥比阻，提高了共聚物的污泥脱水性 能，与同条件下制备的p ( a m d a c ) 相比，p ( a m d a c 2 v p ) 投加量小，污泥脱水 性能强。 关键词：疏水缔合；水溶液聚合；2 一乙烯基吡啶；絮凝| 生能；污泥脱水 ， 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ee n e r g yb e c o m e sl e s sa n dl e s si no u rc o u n t r yt o d a ya n dh o wt ou s eo i li na r e a s o n a b l ew a yh a sc a u s e dp e o p l e sg r e a ta t t e n t i o n e n h a n c e do i lr e c o v e r y ( e o r ) h a sb e c o m ea ni m p o r t a n tt o p i ci no i le x p l o i t a t i o n p o l y m e rf l o o d i n ga c c o u n t sf o ra n i m p o r t a n tp o s i t i o ni ne o ro ft e r t i a r yo i lr e c o v e r y h y d r o p h o b i c a l l ya s s o c i a t i n g p o l y m e rh a sb e c o m eo n eo ft h em o s ti m p o r t a n tr e s e a r c hd i r e c t i o n si nt h ed e v e l o p m e n t o fs a l t t o l e r a n ta n dt h e r m a l r e s i s t a n tp o l y m e rw h i c hw a su s e di ne o r w i t ht h es c a r c i t yo ff r e s hw a t e rr e s o u r c ea n dt h ei m p o r t a n c eo fe n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n ，w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a y e dm o r ea n dm o r ei m p o r t a n tr o l e sa l lo v e rt h e w o r l d c a t i o n i cp o l y a c r y l a m i d ea sa l le f f e c t i v ep o l y m e rf l o c c u l a n ti su s e dv e r yw i d e l y i nw a t e rt r e a t m e n t h y d r o p h o b i c a l l y a s s o c i a t i n g c a t i o n i c p o l y a c r y l a m i d e i sa w a t e r - s o l u b l ep o l y m e rw h i c hi si n t r o d u c e ds o m e h y d r o p h o b i cg r o u po n t h e h y d r o p h i l i c c h a i no f p o l y a c r y l a m i d e f l o c c u l a t i o np e r f o r m a n c e a n d s l u d g e d e w a t e r i n gp e r f o r m a n c ea r ei m p r o v e db e c a u s eo ft h ee f f e c to fh y d r o p h o b i cg r o u pa n d c a t i o n i cg r o u p i th a sb r o a da p p l i c a t i o n si nt h ef i e l do f s e w a g et r e a t m e n t m i c e l l a rp o l y m e r i z a t i o ni sac o m m o nm e t h o dt o p r e p a r eh y d r o p h o b i c a l l y a s s o c i a t i n gp o l y m e r , b u tt h ep o s t - p r o c e s s i n gi sv e r yc o m p l i c a t e da n dt h em o l e c u l a r w e i g h t i sn o th i g h w ec h o s e a q u e o u ss o l u t i o np o l y m e r i z a t i o n b e c a u s et h e h y d r o p h o b i cm o n o m e r2 - v i n y l p y r i d i n ew h i c hw eu s e di n t h i sp a p e rh a ss m a l l w a t e r - s o l u b i l i t y i nt h e p o l y m e r i z a t i o n h y d r o p h o b i e a l l ya s s o c i a t i n g c a t i o n i c p o l y a c r y l a m i d ep ( a m d a c - 2 v p ) w a s s y n t h e s i z e d u s i n ga c r y l a m i d e ， a c r y l o y l o x y e t h y lt r i m e t h y la m m o n i u mc h l o r i d ea n d2 - v i n y l p y r i d i n ea sm o n o m e r , a z o i n i t i a t o rh y a m 一01a n dp o t a s s i u mp e r s u l f a t ea sc o m p o s i t ei n i t i a t o r t h es t r u c t u r eo f t h ec o p o l y m e rw a sc h a r a c t e r i z e db yf t i rs p e c t r u ma n dl h - n m rs p e c t r u m t h ei n f l u e n c e so ft h ef a c t o r s ，s u c ha sm o n o m e rc o n c e n t r a t i o n ，c o m p o s i t e i n i t i a t o rd o s a g e ，i n i t i a t i o nt e m p e r a t u r ea n dp ho nt h ei n t r i n s i cv i s c o s i t yo fc o p o l y m e r w e r es t u d i e d t h eo b t a i n e do p t i m u mr e a c t i o nc o n d i t i o n sw e r ea sf o l l o w s ：m o n o m e r i i i 山东大学硕士学位论文 m a s sf r a c t i o n3 5 ，c o m p o s i t ei n i t i a t o rd o s a g e0 0 7 ，i n i t i a t i o nt e m p e r a t u r e3 0 ， p h5 0 ，u r e ad o s a g e5 o t h ei n t r i n s i cv i s c o s i t ye n h a n c e d 、) r i t ht h em a s sf r a c t i o no f 2 - v pa n dd a ci n c r e a s e dw i t l l i l lac e r t a i nr a n g e t h ee f f e c to fc o p o l y m e rc o n c e n t r a t i o n ，n a c lc o n c e n t r a t i o n ，t e m p e r a t u r ea n d s h a r er a t eo nt h es o l u t i o np r o p e r t i e so fp ( a m - d a c 一2 v p ) h a db e e ni n v e s t i g a t e d t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h es o l u t i o nv i s c o s i t yw o u l dr i s es h a r p l yw h e np ( a m d a c 一2 v p ) c o n c e n t r a t i o nw a s h i g h e r t h a nc r i t i c a l a s s o c i a t i n gc o n c e n t r a t i o n ( c a c ) p ( a m d a c 一2 v p ) r e p r e s e n t e dg o o ds a l tt o l e r a n c e ，t e m p e r a t u r er e s i s t a n c ea n ds h e a r t h i n n i n gb e h a v i o r t h ef l o c c u l a t i o np e r f o r m a n c eo fp ( a m d a c 一2 v p ) w a ss t u d i e d t h er e s u l t s i n d i c a t e dt h a tt h ef l o c c u l a t i o ne f f i c i e n c yo fp ( a