低压光引发阳离子聚丙烯酰胺制备及其絮凝性能研究

发布时间：2020-07-31 10:06

【摘要】：水是人类赖以生存的物质基础,面对日趋严重的水污染现状,开发绿色高效的水处理技术显得尤为重要。在目前众多的水处理技术中,絮凝法因其高效、经济、使用方便等优点得到广泛应用。而絮凝剂是絮凝法处理技术的关键和核心,直接影响实际的絮凝效果。相比于无机絮凝剂,阳离子型有机高分子絮凝剂具有投加量低、絮体大、p H适用范围广等优点,因此被广泛应用在给水和各类废水处理及污泥脱水中。阳离子聚丙烯酰胺类是目前普遍使用的一类阳离子型有机高分子絮凝剂,其常用的引发合成方式有热引发、辐射引发和紫外光引发。其中紫外光引发具有反应时间短、引发剂用量少、操作简单、绿色环保等优点,得到一定程度的研究。然而以往的研究多集中采用高压紫外灯所产生的长波紫外光作为引发光源,而采用低压和短波紫外光的研究相对较少。与高压紫外光引发相比,低压紫外光能耗低,且反应过程中产热更少,不需要冷凝设备,简化了合成装置,面对全球气候变暖这一严重的挑战,低压紫外引发更加符合低碳节能的趋势。因此本论文立足于低压紫外光引发聚合体系,制备出了特性黏度和阳离子度都比较高的阳离子聚丙烯酰胺类絮凝剂,通过表征对其结构和形貌进行了分析,最后将合成的絮凝剂用于水中常见的无机和有机污染物的去除研究。论文的主要研究工作如下:(1)阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的合成和优化。论文以48W,主波长254nm的低压紫外光作为引发方式,以丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为单体,加入光敏引发剂2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(Irgacure2959)于水溶液中聚合形成阳离子絮凝剂PAMC。通过单因素实验考察了单体总质量分数、DMC质量分数、引发剂浓度、p H和光照时间等因素对PAMC特性黏度([η])的影响。并在单因素条件的基础上通过正交实验进行优化,确定主要影响因素,并分析了各因素影响的显著性。(2)结构与形貌表征,及聚合机理的分析。利用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、核磁共振光谱仪(1H NMR)、扫描电子显微镜(SEM)、差热-热重分析仪(TGA-DTA)和Zeta电位测定仪等检测分析手段对合成絮凝剂的官能团结构、表观形貌、热稳定性和表面带电情况进行了分析。此外,基于自由基聚合理论和表征结果分析,分析了PAMC可能的合成机理。(3)将合成的絮凝剂用于高浊度高岭土水样的去除研究。考察了不同酸碱条件、投加量、初始浊度等因素对高岭土去除效果的影响,通过响应曲面法对絮凝条件进行了优化,探究了因素间的交互作用对絮凝效果的作用。此外通过絮凝过程中Zeta电位变化和絮凝动力学的研究,对高岭土絮凝机制进行了探究。(4)将合成的絮凝剂用于腐殖酸水样的去除研究。考察了初始p H、投加量、初始浓度等因素对腐殖酸去除率的影响,通过正交实验考察了絮凝剂投加量、水样p H、搅拌时间及搅拌转速对腐殖酸去除率的作用,得到了优化的絮凝条件,并分析了各因素影响的显著性。利用分形理论研究了絮体的结构,并通过三维荧光分析了絮凝前后腐殖酸变化情况。(5)将合成的絮凝剂用于高岭土和腐殖酸混合水样的去除研究。研究了不同酸碱条件下投加量对高岭土和腐殖酸的去除效果和Zeta电位变化的影响,通过三维荧光分析了絮凝前后混合水样中腐殖酸的变化。并对高岭土和腐殖酸协同去除作用下的絮凝机理进行了探究。
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O633.22;X703

【参考文献】