兩性離子交換改性聚丙烯酰胺絮凝劑的制備與應(yīng)用

近年來，我國工業(yè)快速發(fā)展，水量急劇增加，導(dǎo)致廢水頻繁增加。在水資源嚴(yán)重不足的情況下，提高水循環(huán)利用率是最直接、最有效的解決辦法。其中，采用加入絮凝劑的方法對廢水進(jìn)行處理是最經(jīng)濟(jì)、最安全，也是最容易操作的一種途徑。絮凝劑能夠減低或者去除污水中分散微粒的沉淀穩(wěn)定性和聚合穩(wěn)定性，使分散微粒能夠凝聚在一起，絮凝成為聚集體而被去除。按照其化學(xué)成分組成，絮凝劑可分為有機(jī)絮凝劑、無機(jī)絮凝劑以及微生物絮凝劑3個大的類別，無機(jī)絮凝劑中包括鐵鹽、鋁鹽及與其相關(guān)的聚合物1實(shí)驗部分1.1甲氨基乙酯、碳酸鈣二甲酯類AM,AR,ShanghaiMacklinBiochemicalCo.,Ltd;偶氮二異丁氰，AR，北京百靈威科技有限公司；TMEDA,AR，鄭州派尼化學(xué)試劑廠；甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，AR,ShanghaiMacklinBiochemicalCo.,Ltd；乙二胺四乙酸二鈉，AR，天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠；碳酸二甲酯，AR,AladdinIndustrialCorporation;KH570,AR，淮安和元化工有限公司；DMC,AR,ShanghaiMacklinBiochemicalCo.,Ltd；甲基丙烯酸二甲胺乙酯，AR,ShanghaiMacklinBiochemicalCo.,Ltd；十二烷基苯磺酸鈉，AR，天津市天力化學(xué)試劑有限公司；冰醋酸，AR，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。1.2陰/陽離子型聚丙烯酰胺的制備稱量0.23gAM用10mL蒸餾水溶解加入燒瓶中，稱量8.1g碳酸二甲酯加入燒瓶中，再稱量0.2gEDTA用20mL蒸餾水溶解加入燒瓶中，控制水浴溫度為50℃左右，加入2～3滴TMEDA。反應(yīng)1h后加入0.1g的MBA、0.1g的KH570繼續(xù)反應(yīng)1h，之后加入11.5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的十二烷基苯磺酸鈉溶液，加快攪拌并對水浴進(jìn)行升溫，待溫度上升到60℃左右，保持溫度持續(xù)反應(yīng)1～2h。陽離子：陰陽離子摩爾比為1∶1.2，稱量DMC的質(zhì)量為2.4g、DMAEA的質(zhì)量為2.2g。將稱量的陰陽離子同時加入燒瓶中，保持水浴溫度不變，稱量0.15gAIBN分3次加入燒瓶中，充分反應(yīng)3～4h后向燒瓶中加入1～2滴冰醋酸，繼續(xù)攪拌5min，使溶液充分進(jìn)行中和，最終制得黃色透明液體有機(jī)硅改性陰/陽離子型聚丙烯酰胺。制備有機(jī)硅改性陰/陽離子型聚丙烯酰胺化學(xué)反應(yīng)方程式如下：2征服征服2.1光譜綜合征的紅外光譜通過傅里葉紅外光譜分析儀對有機(jī)硅改性陰/陽離子型聚丙烯酰胺進(jìn)行表征，其紅外光譜圖如圖1所示。由圖1可知，在波長3564cm2.2陰陽離子單體的用量對產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響利用離心機(jī)對產(chǎn)品穩(wěn)定性進(jìn)行分析，分析陰陽離子單體的摩爾比例、AM單體用量、穩(wěn)定分散劑的用量、有機(jī)硅用量、引發(fā)劑用量、表面活性劑用量等對產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響2.2.1n陽離子n陰陽離子比值對有機(jī)硅改性陰/陽離子型聚丙烯酰胺的影響如圖2所示。從圖2中可明顯看出，改變陰陽離子的比值，能夠直接影響改性聚丙烯酰胺的穩(wěn)定性，隨著陽離子所占比值的上升，改性聚丙烯酰胺的穩(wěn)定性逐漸變得更加穩(wěn)定，當(dāng)n（陽離子）∶n（陰離子）為1.0∶1.2時所得體系中的物質(zhì)達(dá)到最穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)比值繼續(xù)增加時穩(wěn)定性有所下降，是因為陰陽離子單體和AM的聚合速率不同，隨著陽離子濃度的過大，抑制了AM的聚合活性，導(dǎo)致所制得的改性聚丙烯酰胺的穩(wěn)定性降低2.2.2對產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響AM單體用量的變化對有機(jī)硅改性陰/陽離子型聚丙烯酰胺穩(wěn)定性的影響如圖3所示。從圖3中很容易看出，當(dāng)AM的用量低于4%時，所制得的產(chǎn)物不穩(wěn)定。因為當(dāng)AM的量太少，反應(yīng)體系中的自由基團(tuán)的數(shù)量太少，分子間相互碰撞的機(jī)會少，所生成的有效物質(zhì)也很少，相對分子質(zhì)量也相對較小2.2.3響應(yīng)面試驗結(jié)果改變AIBN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，對比AIBN用量的變化對產(chǎn)物穩(wěn)定性的影響，結(jié)果如圖4所示。由圖4可以看出，當(dāng)AIBN的用量為0.3%以下時所制得的產(chǎn)物不穩(wěn)定。這是因為體系中引發(fā)劑的量太小，不能夠快速高效地使反應(yīng)進(jìn)行，制得的產(chǎn)物中有效成分量過少，導(dǎo)致產(chǎn)物不穩(wěn)定2.2.4分散劑用量對產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響碳酸二甲酯用量對有機(jī)硅改性陰/陽離子型聚丙烯酰胺性能穩(wěn)定性的影響如圖5所示。由圖5可看出，當(dāng)碳酸二甲酯的用量低于20%時，產(chǎn)物處于不穩(wěn)定狀態(tài)，出現(xiàn)這樣的情況是因為當(dāng)反應(yīng)體系中分散劑的量太少，導(dǎo)致體系中分子聚集不能夠很好的分散，溶液中的陰陽離子沒有被分散劑分散開，使得陰陽離子相互接觸進(jìn)行電中和反應(yīng)，溶液中所生成的分子鏈很難再與其他基團(tuán)鏈接2.2.5kh570用量不合理改變有機(jī)硅的用量，對比KH570用量對產(chǎn)物穩(wěn)定性的影響如圖6所示。由圖6可以看出，當(dāng)KH570用量低于0.3%時，產(chǎn)品不穩(wěn)定。這是因為KH570的用量太低，反應(yīng)體系中不能夠充分反應(yīng)，導(dǎo)致陰陽離子單體不能夠有效發(fā)揮作用，使得分子鏈上的支鏈減少，相對分子質(zhì)量降低，致使產(chǎn)物不穩(wěn)定。當(dāng)KH570的用量高于0.3%時，產(chǎn)物穩(wěn)定性逐步提高，直至用量為0.7%達(dá)到最穩(wěn)定狀態(tài)，隨著用量的增加，KH570自身充分發(fā)揮了自己的特性，有效地拉開體系空間，使得陰陽離子能夠更好地聚合到分子鏈上2.2.6表面活性劑用量對產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響表面活性劑用量對改性聚丙烯酰胺穩(wěn)定性的影響如圖7所示。由圖7可以看出，當(dāng)表面活性劑的用量低于4%時，產(chǎn)物狀態(tài)不穩(wěn)定，原因是當(dāng)表面活性劑用量太低時不能夠有效地去降低界面的張力，使得反應(yīng)體系中的物質(zhì)相互發(fā)生反應(yīng)，致使產(chǎn)物不穩(wěn)定。但隨著用量的增大，穩(wěn)定性逐漸上升，直至用量達(dá)到10%時產(chǎn)物穩(wěn)定性最強(qiáng)。這是因為當(dāng)表面活性劑有效地發(fā)揮了自身性能，降低界面的張力使得反應(yīng)快速進(jìn)行3引發(fā)劑、分散劑、有機(jī)硅用量范圍1）陰陽離子適宜的比例為n(DMC)∶2)AM適宜用量范圍為w(AM)=4%～16%