有机-无机杂化絮凝剂PAM-PAFC的合成、表征及应用

发布时间：2020-05-10 08:44

【摘要】：随着现代科技的日新月异,复合材料也因自身独特的优异性能得到了学者们的青睐,杂化材料是复合材料中的一种,它是上个世纪80年代开始流行的一种性能优异的材料。杂化材料中有机和无机组分之间一般可以通过化学键来连结,因此界面之间互相作用力很强,与物理上的复合材料相比而言有本质上的不同。因此不难预见,将杂化材料运用在絮凝剂会有广阔的应用前景。论文利用制备杂化材料方法之一的原位聚合法,将丙烯酰胺单体(AM)用自制的聚合氯化铝铁(PAFC)溶液充分溶解,以(NH_4)_2S_2O_8-NaHSO_3作为氧化还原引发体系,首次合成了一种新型杂化产物聚丙烯酰胺-聚合氯化铝铁(PAM-PAFC)。论文通过单因素实验以及正交设计实验探讨了杂化产物PAM-PAFC在合成过程中的聚合时间(h)、聚合温度(℃)、引发剂质量分数(%)以及单体质量分数(%)对产物特性黏度(η)的影响,从而得到杂化产物PAM-PAFC的最佳合成条件。通过电导率分析、FT-IR分析、SEM分析和TGA-DSC分析等手段对合成的杂化产物PAM-PAFC进行结构表征,在此基础上将杂化产物PAM-PAFC应用到高岭土-腐植酸模拟水样以及染料溶液中,研究了其混凝性能。论文主要研究内容的结论如下:(1)以杂化产物PAM-PAFC的特性黏度(η)为指标,合成过程中的四个因素对杂化产物PAM-PAFC的影响从大到小依次为引发剂质量分数(%)、聚合温度(℃)、单体质量分数(%)和聚合时间(h)。(2)以杂化产物PAM-PAFC的特性黏度(η)为指标,其最佳制备条件为:聚合时间4 h、聚合温度50℃、引发剂质量分数0.5%,单体质量分数20%,此时产物的特性黏度最大为513.78 mL·g~(-1)。(3)电导率分析、FT-IR分析以及TGA-DSC分析都表明杂化产物PAM-PAFC的有机组分和无机组分之间是通过离子键相连接的。SEM分析的结果显示杂化产物PAM-PAFC的结构呈明显的空间网状。(4)对高岭土-腐植酸模拟水样的混凝效果显示:在达到相同剩余浊度的条件下,杂化产物PAM-PAFC的最佳投加量远远小于无机型PAFC和复配型PAM-PAFC的最佳投加量。杂化产物PAM-PAFC对水温的适应范围很广,在20~50℃条件下都能有比较明显的混凝效果,最适合的pH范围为7~9。对刚果红和直接耐晒翠兰GL的混凝效果显示:在最佳投加量下杂化产物PAM-PAFC对刚果红和直接耐晒翠兰GL的脱色效果均优于复配型PAM-PAFC。杂化产物PAM-PAFC处理刚果红的最佳pH值在7~8左右,即为中性或弱碱性条件;处理直接耐晒翠兰GL的最佳pH值在4~5左右,即弱酸性条件。考虑到废水处理的实际情况以及经济效益,水处理过程中可以选取室温,不必另作温度处理。
【图文】：

势能曲线,势能曲线,胶体,总势能

就可以很快得到总势能(1) R1 AW =W +W 和(2) R2 AW =W +W 。图1.1（b）表明，在d=(1-4)δ的时候，(1)W 处于横坐标轴上部，并在1d=d 时得到极大值maxW ；当中心距继续增

示意图,大分子聚合物,絮凝体,桥联

在此过程中大分子高聚物的长链分子则起到了桥联的枢纽作用。吸附桥联的作用示意图如图1.2。很明显，在通过吸附桥联慢慢出现矾花的阶段中，胶体粒子并不必须要失去稳定性，而且粒子之间也不一定要产生碰撞，因此ξ电位也不是主导因素。但对于高聚物的投加量、机械或水力搅拌的强度和时间的要求却非常严格。例如当投加量大于一定数值时，则在混凝初期细小颗粒就包裹于多个大分子长链中间，使得细小颗粒不再有多余的部分吸附其它的大分子链，最终就会变成不具有吸附活性的稳定颗粒。再比如当搅拌强度太剧烈或搅拌太久，那么形成的架桥结构就会打断，矾花会被打破，，最终又会形成具有稳定性的颗粒。图 1.2 大分子聚合物对颗粒的吸附桥联作用(a)初期吸附，(b)絮凝体形成Fig.1.2Adsorption and bridging effect of macromolecular polymers on particles(a) Initial adsorption, (b) Floc formation④ 网捕卷扫Packham[9]在 1965 年首次报道了金属盐类（常见的有Al盐、Fe盐）电解质的网捕卷扫作用机制。即如果投加的Al盐或Fe盐等金属盐能在一定的条件下迅速产生足量的沉淀（如Al(OH)3、Fe(OH)3、 CaCO3等）时
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33

【参考文献】