聚丙烯酰胺陽離子聚丙烯酰胺改性聚丙烯酰胺的制備及應(yīng)用，絮凝劑是重要的水處理材料，是絮凝法水處理技術(shù)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。研究高效低耗、 安全無害的有機絮凝劑一直是絮凝科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點之一。聚丙烯酰胺是目前聚丙烯 酰胺系列絮凝劑中應(yīng)用最廣泛的一種絮凝劑，但存在著分子量較低，高嶺土絮凝效果較差等缺 點。對聚丙烯酰胺進(jìn)行改性或在高分子鏈上引入帶正電荷的陽離子側(cè)基是提高聚丙烯酰 胺絮凝效果的有效途徑之一。本文以丙烯酰胺為原料，研究了聚丙烯酰胺、陽離子型聚 丙烯酰胺及改性聚丙烯酰胺的制備、絮凝性能、絮凝作用機理等，并比較了三者的絮凝 效果，為研究和應(yīng)用絮凝劑作了有益的探索和努力。
本文首先研究了聚丙烯酰胺的制備及絮凝性能，聚丙烯酰胺陽離子聚丙烯酰胺改性聚丙烯酰胺的制備及應(yīng)用，得出合成聚丙烯酰胺的最佳工藝條 件為：溫度80°C,弱酸性條件下，聚合體系總體積為30ml，以K2S208-Na2S03組成的 復(fù)合氧化還原引發(fā)體系用量15ml，用量比為2: 1,丙烯酰胺（AM)用量為5g左右。采 用該工藝制得的聚丙烯酰胺處理高嶺土濁液、亞甲基藍(lán)溶液及工業(yè)印染廢水效果較好， 其濁度及色度去除率分別為73.05%、8.23%、39.24%。第二，本文研究了 AM-DMDAAC 陽離子聚丙烯酰胺的制備及絮凝性能，得出其最佳合成工藝條件為：溫度80°C, pH=10, 在3gAM，1.5gDMDAAC體系中加入15ml水，以K2S208—Na2S03組成的氧化還原體 系作為引發(fā)劑，用量12ml，V(K2S208):V(Na2S03)=3:2。采用該陽離子聚丙烯酰胺處理 高嶺土濁液、亞甲基藍(lán)溶液及工業(yè)印染廢水效果相對于聚丙烯酰胺來說更好，其濁度及 色度去除率分別為：84.16%、21.08%、57.91%。第三，本文研究了改性聚丙烯酰胺的 制備及絮凝性能，得出投藥量在l〇ml時，pH值在6左右，溫度為20°C?30°C,攪拌時 間60s,攪拌速度在60?80r/min左右，靜置時間在20min以上，除濁率最高達(dá)88.37%, 能得到很好的處理效果，且比較經(jīng)濟(jì)。并將此工藝用于洗煤廢水的處理，除濁率可達(dá) 84.08%。最后，本文還對絮凝劑的絮凝機理進(jìn)行了分析論述，總的試驗結(jié)果表明，這一 系列絮凝劑各有其優(yōu)點，并擁有較好的實用價值和應(yīng)用前景。
水與人類生活、生產(chǎn)以及生存關(guān)系極為密切，是地球上一切生命物質(zhì)活動的基礎(chǔ)。 長期以來，人們認(rèn)為水“取之不盡，用之不竭”，近幾十年來，人們開始認(rèn)識到地球水資 源的匱乏已經(jīng)到了不可忽視的程度。我國是一個人均水資源嚴(yán)重缺乏的國家，常年平均 降雨量為26.7萬m3/Km2,是世界平均值的81%，但每年以約12.7mm的速度在減少，人 均水資源僅為世界的1/4,列世界第109位。我國600多個城市中，有300個城市缺水, 50多個城市嚴(yán)重缺水；有180個城市平均日缺水1200萬m3,相當(dāng)于全國城市公共自來 水供水能力的1/5。我國用水量每年以10%的速度增長，而國家投資的增長速度僅為7%， 只能滿足60%，隨著人口的增加，我國水資源承載能力還將面臨更為嚴(yán)峻的考驗。據(jù)估 計，到本世紀(jì)中葉，我國總用水量將由目前的5000多億m3增加到8000多億m3,占我 國可利用水資源的28%。水危機將是21世紀(jì)影響我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的第一制約因素 [1_2]。一方面是水資源的嚴(yán)重匱乏；另一方面，水環(huán)境卻又受到嚴(yán)重的污染。據(jù)2001年 中國環(huán)境狀況公報顯示⑴，2001年，我國工業(yè)和城市生活廢水排放總量為428.4億t,其 中工業(yè)廢水排放量為200.7億t,城市生活污水排放量為227.7億t。因此，水資源的匱乏 和污染己成為我國乃至全球面臨的危機之一，是大多數(shù)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約。因此，限 制未經(jīng)處理污水任意排放并推行污水資源化，使水資源的利用走上良性循環(huán)，已成為當(dāng) 務(wù)之急。
為保護(hù)水資源，在節(jié)水的同時，人們更應(yīng)致力于污染水的凈化及其回收利用。一般 說來，污水處理的方法可歸納為機械物理法、生物化學(xué)法、物理化學(xué)法、化學(xué)法等。其 中，化學(xué)法包括混凝法、中和法、化學(xué)氧化法、電化學(xué)法等?；炷ㄊ侵赶驈U水中加入 水處理劑，通過混合、反應(yīng)凝聚、絮凝等幾種綜合作用，使廢水中膠體或懸浮物沉淀下 來達(dá)到分離污染物，凈化水質(zhì)的目的。它是國內(nèi)外最普遍用來提高處理效率的水質(zhì)處理 方法，被廣泛的應(yīng)用于各類廢水處理中[3]。
水處理劑的主要作用是控制水垢、污泥的形成，減少泡沫，減少與水接觸的材料的 腐蝕，除去水中的懸浮固體和有毒物質(zhì)，除臭脫色，軟化和穩(wěn)定水質(zhì)等。因此，水處理 劑包括凝聚劑、絮凝劑、阻垢劑、緩蝕劑、分散劑、殺菌劑、清洗劑、預(yù)膜劑、消泡劑、 脫色劑、螯合劑、除氧劑及離子交換樹脂[4]。而絮凝劑則是應(yīng)用最為廣泛、效果明顯的 水處理劑，在用水及廢水處理和生產(chǎn)過程的固液分離中占有重要的地位。絮凝劑的性能 很多：首先，能有效脫除80%?95%的懸浮物質(zhì)和65%?95%的膠體物質(zhì)，對降低水 中COD值有重要作用；其次，對除去水中的細(xì)菌、病毒效果穩(wěn)定，通過絮凝凈化，一 般能把水中90%以上的微生物與病毒一并轉(zhuǎn)入污泥，使處理水的進(jìn)一步消毒、殺菌變得 比較容易；第三，日益受到重視的水體富營養(yǎng)化、廢水脫色等問題，采用無機絮凝劑比 生物法除磷、脫色效果好；第四，污泥脫水是當(dāng)今廢（污）水處理的主要問題，迄今最 可行的辦法是投加適當(dāng)?shù)年栯x子高分子絮凝劑，改善污泥性狀，以便下一步機械脫水處 理[5]。因此，絮凝劑的研究及應(yīng)用顯得尤為重要。
1.2絮凝劑概述
絮凝法是重要的水處理方法，其水處理效果的好壞很大程度上取決于絮凝劑的性能， 絮凝劑是絮凝法水處理技術(shù)的核心。由于現(xiàn)代工業(yè)和生活導(dǎo)致排水中的有機質(zhì)含量大大 提高，聚丙烯酰胺陽離子聚丙烯酰胺改性聚丙烯酰胺的制備及應(yīng)用，而有機質(zhì)微粒表面通常帶負(fù)電荷，因此陽離子高分子絮凝劑越來越引起科研工作 者的廣泛關(guān)注。陽離子高分子絮凝劑的絮凝性能不僅表現(xiàn)在可通過電荷中和而使懸浮膠 體粒子絮凝，而且還在于可與帶負(fù)電荷的溶解物進(jìn)行反應(yīng)，生成不溶性的鹽。它對有機物 和無機物都有很好的凈化作用，具有用量少、成本低、毒性小及使用的pH范圍寬等特 點。它可與水中微粒起電荷中和及吸附架橋作用，從而使體系中的微粒脫穩(wěn)、絮凝而有 助于沉降和過濾脫水[w]。進(jìn)入20世紀(jì)70年代以來，陽離子絮凝劑的研制開發(fā)呈現(xiàn)出 明顯的增長勢頭，美、日、英、法等國目前在廢水處理中都大量使用了陽離子型絮凝劑。 美、日等國陽離子型絮凝劑已占合成絮凝劑總量的近60%，而這幾年仍以10 %以上的 速度增長。近年來，我國對這類絮凝劑的研究開發(fā)也己取得了相當(dāng)進(jìn)展。
按照化學(xué)成分的不同，絮凝劑可分為無機絮凝劑和有機絮凝劑,有機絮凝劑可分為天 然高分子絮凝劑和人工合成高分子絮凝劑；按照其所帶電荷不同，絮凝劑可分為非離子 型、陰離子型、陽離子型和兩性型絮凝劑；按產(chǎn)品分類絮凝劑可分為水溶液型、干粉型 和乳膠型三類。
1.2.1天然改性高分子絮凝劑
這類絮凝劑按其原料來源的不同，大體可分為淀粉衍生物、纖維素衍生物、植物膠 改性產(chǎn)物、多聚糖類及蛋白質(zhì)類改性產(chǎn)物等。天然高分子物質(zhì)具有分子量分布廣、活性 基團(tuán)作用點多、結(jié)構(gòu)多樣化等特點,易于制成性能優(yōu)良的絮凝劑。另外，其來源廣、價 廉、可以再生且無毒，具有良好的開發(fā)前景。
(1)淀粉衍生物
淀粉改性絮凝劑是天然改性高分子絮凝劑的重要品種。淀粉來源廣，價格低廉，產(chǎn)物 可完全生物降解，在自然界中可形成良性循環(huán)。淀粉分子帶有很多羥基，通過這些羥基的 酯化、醚化、氧化、交聯(lián)以及與丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺等進(jìn)行接技共聚等反應(yīng)來制 備改性淀粉。改性淀粉絮凝劑具有上述天然改性有機高分子絮凝劑的特點，其中包括選 擇性大、無毒、可以完全被生物分解、在自然界形成良性循環(huán)等顯著特點。
淀粉陽離子改性衍生物由于其優(yōu)良的性能受到了較大的重視。陽離子淀粉在工業(yè)廢 水處理中是優(yōu)良的高分子絮凝劑和陰離子交換劑，可以吸附帶負(fù)電荷的有機或無機懸浮 物質(zhì)，如懸浮泥土、二氧化鈦、煤粉、碳、鐵礦砂等，可有效地除去廢水中的鉻酸鹽、重 鉻酸鹽、亞鐵氰化鈉、鉬酸鹽、高錳酸鹽、陰離子表面活性劑等。
(2)木質(zhì)素衍生物
木質(zhì)素是存在于植物纖維中的一種芳香族高分子，聚丙烯酰胺陽離子聚丙烯酰胺改性聚丙烯酰胺的制備及應(yīng)用，是造紙蒸煮制漿過程中排出廢液 的一個主要成分。由于含有大量木質(zhì)素的造紙廢液的排放，不僅嚴(yán)重污染了環(huán)境,而且造 成了物質(zhì)資源的極大浪費。因此，以木質(zhì)素為基礎(chǔ)原料制備包括水處理劑在內(nèi)的各種化 工產(chǎn)品的研究正日益引起人們的重視。Rachor和Dilling分別于20世紀(jì)70年代中、后 期以木質(zhì)素為原料合成了季銨型陽離子表面活性劑[1()|11]。他們用堿處理木質(zhì)素以增加其 酚基，然后胺烷化增加鏈長，用雙酯試劑進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng),最后制得陽離子表面活性劑，用 其處理染料廢水獲得了良好的絮凝效果。Mckague報道了硫酸鹽木質(zhì)素進(jìn)行Mannich反 應(yīng)，與二甲胺和甲醛作用，進(jìn)行甲基化和氯甲基化后,生成的木質(zhì)素季銨鹽衍生物可用作 硫酸鹽漿廠漂白廢水的絮凝劑，效果顯著。
1.2.2合成有機高分子絮凝劑
合成有機高分子絮凝劑可分為陰離子、陽離子、非離子和兩性四種類型。不同的絮 凝劑有不同的使用范圍[12~14]。陰離子型高分子絮凝劑用于去除重金屬鹽類及其水合氧化 物，pH值適用范圍為中性或呈堿性；陽離子型可用來去除廢水中的有機物，pH值適用范 圍為中性至強酸性；非離子型可去除廢水中的無機質(zhì)顆?；驘o機-有機質(zhì)混合體系,pH 值適用范圍較寬，不受pH值和金屬離子的影響。
(1)陰離子型
陰離子型絮凝劑有聚丙烯酸鈉、丙烯酰胺與丙烯酸鈉共聚物、聚苯乙烯磺酸鈉等。 丙烯酰胺與丙烯酸鹽共聚合或聚丙烯酰胺水解，都能生成陰離子型聚丙烯酰胺,其易受 pH值和鹽類的影響，在酸性介質(zhì)中羧基的解離受到限制，對某些礦物的吸附活性較低。 如果導(dǎo)入強酸性磺酸基代替弱酸性羧基，可改善其在酸性環(huán)境中的解離。
(2)非離子型
非離子型絮凝劑包括聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯基甲基醚、聚乙 烯咯烷酮、聚烷基酚-環(huán)氧乙烷等。其中聚丙烯酰胺(PAM)是最重要的品種。在美國有機 絮凝劑總銷量最大的是PAM。聚丙烯酰胺可通過水溶液、反相懸浮、沉淀、反相乳液、 反相微乳液等聚合方法制備。傳統(tǒng)的聚丙烯酰胺水溶液聚合體系的粘度較大，制備出的 產(chǎn)品分子量低，且固含量也不高。
(3)陽離子型
陽離子型包括聚丙烯酰胺Mannich反應(yīng)產(chǎn)物、丙烯酰胺與陽離子單體的共聚物、聚 二甲基二烯丙基氯化銨、聚亞胺等。陽離子絮凝劑不僅可以通過電荷中和、架橋機理使 膠體粒子絮凝，而且還可以與帶負(fù)電荷的溶解物進(jìn)行反應(yīng)，生成不溶性的鹽。它對有機物 和無機物都有很好的凈化作用,使用的pH值范圍寬，用量少、毒性小，是絮凝劑研發(fā)的熱 點。
(4)兩性型
用作絮凝劑的兩性高分子因具有適用于陰、陽離子共存的污染體系、pH值適用范 圍寬及抗鹽性好等應(yīng)用特點而成為國內(nèi)外的研究熱點。聚丙烯酰胺類兩性高分子是其中 的重要產(chǎn)品。聚丙烯酰胺陽離子聚丙烯酰胺改性聚丙烯酰胺的制備及應(yīng)用，該類兩性高分子水處理劑的品種很多，其陰離子基團(tuán)通常有羧基、硫酸基 或磷酸基，陽離子基團(tuán)通常有季銨鹽基、啦啶離子基或喹啉離子基。陰離子基團(tuán)可以通 過酰胺基水解制得，也可以通過酰胺基的反應(yīng)接枝聚合上去，陽離子基團(tuán)一般是通過接 枝獲得。
1.2.3絮凝劑的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
絮凝技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今水處理行業(yè)中十分重要的技術(shù)，而絮凝劑作為該技術(shù)核心起 著越來越重要的作用。絮凝劑將在以下幾個領(lǐng)域呈現(xiàn)出好的前景。
(1)陽離子絮凝劑，因其優(yōu)良的絮凝性能,將受到更大的重視；
(2)絮凝劑微乳液型產(chǎn)品作為較為理想的產(chǎn)品，由于其貯存穩(wěn)定性好、速溶等優(yōu)點將 是絮凝劑研發(fā)領(lǐng)域熱門方向之一；
(3)天然高分子改性絮凝劑是一種無毒、廉價、絮凝性能良好的絮凝劑，迎合了綠色 化學(xué)的發(fā)展思路,將是今后的主要發(fā)展方向；
(4)水包水型絮凝劑產(chǎn)品是一種嶄新的產(chǎn)品，使用時不會產(chǎn)生二次污染，具有十分誘 人的前景。但其主要技術(shù)均處于保密階段，且不很成熟，這給該領(lǐng)域的研究留出了發(fā)展的 空間。
當(dāng)前我國水處理藥劑的生產(chǎn)正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，一是來自H外絮凝劑的競爭越來 越激烈，二是人們對環(huán)境質(zhì)量的客觀要求也越來越嚴(yán)，新型絮凝劑的開發(fā)研究己顯得十 分重要。尤其是有機高分子絮凝劑，它以用量少，絮凝速度快，受共存鹽類、pH值及 溫度影響小，生成污泥量少而易處理，對節(jié)約用水、強化廢水處理和回用有重要的作用， 天然有機高分子絮凝劑以其優(yōu)良的絮凝性、不致病性及安全性、可生物降解性，正引起 世人的高度重視。合成有機高分子絮凝劑雖然具有良好的絮凝性能，但由于殘留單體毒 性，限制了它的食品加工、給水處理及發(fā)酵工業(yè)等方面的發(fā)展。今后應(yīng)優(yōu)化開發(fā)無毒有 機高分子絮凝劑的合成工藝，從而使開發(fā)的新產(chǎn)品效果更好，成本更低，應(yīng)用面更廣。天 然高分子改性陽離子型絮凝劑，具有優(yōu)良的絮凝性、不致病性及安全性、可生物降解性， 正引起世人的普遍關(guān)注,根據(jù)我國國情，開發(fā)天然高分子絮凝劑是大有前途的.
1.3聚丙烯酰胺絮凝劑
聚丙稀酸胺(Polyacrylamide簡稱PAM)是一種水溶性高分子助劑，具有增稠、絮凝、 助沉和穩(wěn)定膠體等功能，被廣泛用于采油、礦業(yè)、造紙、涂料、環(huán)保及醫(yī)學(xué)生物等方面， 在選礦、煤炭及污水處理方面作為絮凝劑使用,具有不可替代的作用。目前國內(nèi)生產(chǎn)能 力不足10萬t/a,需求量在15萬t左右，還需要大量進(jìn)。PAM生產(chǎn)成本較高，產(chǎn)品價格亦 較高,影響了 PAM作為絮凝劑的廣泛使用。作為絮凝劑使用的PAM除了要求分子量大、 溶解速度快以外,還要求合成工藝簡單易操作、成本價格較低等。聚丙烯酰胺的用途在 很大程度上取決于丙烯酰胺系列聚合物的化學(xué)組成和相對分子質(zhì)量。例如，高相對分子 質(zhì)量聚丙烯酰胺在污水處理中作為絮凝劑，因其用量少、絮凝效果好以及沉淀過濾快等 優(yōu)點而倍受關(guān)注。
1.3.1聚丙烯酰胺的合成方法
PAM按其在水溶液中基團(tuán)的電性可分為非離子型、陰離子型和陽離子型，但無論是 哪種類型的PAM，均是由丙烯酰胺(Acrylamide簡稱AM)單體通過自由基聚合而成的 均聚物或共聚物。其合成方法有均相水溶液聚合、反相乳液聚合和反相懸浮聚合等。按 AM自由基引發(fā)的方式又可分為化學(xué)引發(fā)聚合[151、輻射聚合和UV光聚合等。
(1)均相水溶液聚合
均相水溶液聚合[16]是將單體AM和引發(fā)劑溶解在水中進(jìn)行的聚合反應(yīng)。是聚丙烯 酰胺工業(yè)生產(chǎn)最早、國內(nèi)用得最多的方法，有膠體和粉狀產(chǎn)品，其膠體采用8 %?10 %AM的低濃度或20 %?30 %AM的中濃度水溶液在引發(fā)劑作用下直接聚合而得，干燥
后可得粉狀產(chǎn)品，水解可得陰離子PAM。該法具有安全、工藝設(shè)備簡單、對環(huán)境污染 小等優(yōu)點，一直是聚丙烯酰胺生產(chǎn)的主要方法。對其合成工藝中引發(fā)體系、介質(zhì)pH、 添加劑和溫度等影響因素已有深入研究，其中新型引發(fā)體系的開發(fā)研究是丙烯酰胺水溶 液聚合發(fā)展的方向，工藝上的改進(jìn)有采用快速移走反應(yīng)熱以利于提高聚合物的分子量和 水溶性，如采用釜外聚合、小規(guī)模聚合、帶式聚合等。
(2)反相乳液聚合和反相懸浮聚合
反相乳液聚合法1161是將AM單體水溶液借助W/O型乳化劑分散在油的連續(xù)介質(zhì) 中，在引發(fā)劑的作用下進(jìn)行乳液聚合，形成穩(wěn)定的PAM膠乳產(chǎn)品，經(jīng)共沸蒸餾脫水后 可得粉狀PAM。該法聚合反應(yīng)是在分散于油相中的AM微粒中進(jìn)行，故聚合過程中散 熱均勻，反應(yīng)體系平穩(wěn)易控制，適合于制備高分子量且分子量分布窄的PAM膠乳或干 粉型產(chǎn)品。反相懸浮聚合與反相乳液聚合有許多相同之處，關(guān)鍵在于分散相粒子尺寸大 小的控制。決定粒徑大小的是攪拌、分散穩(wěn)定劑(種類、用量）和AM濃度等。用此法 可制得分子量高、速溶的PAM珠狀物，但由于使用了有機或無機分散穩(wěn)定劑，使PAM 的純度受到影響。.
(3)化學(xué)引發(fā)體系
化學(xué)引發(fā)體系，其組分可以是無機或有機化合物，性質(zhì)有水溶性或油溶性。如前所 述的水溶液聚合、反相乳液聚合和反相懸浮聚合等都可采用化學(xué)引發(fā)聚合?；瘜W(xué)引發(fā)聚 合是通過化學(xué)引發(fā)劑熱分解或氧化-還原反應(yīng)產(chǎn)生自由基引發(fā)單體反應(yīng)，也是自由基引 發(fā)的聚合。在丙烯酰胺的水溶液聚合反應(yīng)中，引發(fā)劑的作用至關(guān)重要，它在很大程度上 決定了聚合反應(yīng)后得到產(chǎn)物的分子量、產(chǎn)率和單體殘留量等[171。最常采用的引發(fā)劑有過 氧化物和偶氮化物，在過氧化物中加入少量還原劑就組成了氧化還原引發(fā)體系，它是丙 烯酰胺聚合反應(yīng)中應(yīng)用最為廣泛的引發(fā)劑體系，可分為過硫酸鹽、有機過氧化物、多電 子轉(zhuǎn)移的氧化還原體系和非過氧化物體系四大類118]。目前國內(nèi)外的研究工作也大多集中 于此。
1.3.2陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑
陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑[19]是一類高分子聚電解質(zhì)，其水溶液帶正電荷，它可與 水中帶負(fù)電荷微粒起中和及吸附架橋作用，使體系中的微粒脫穩(wěn)、絮凝，從而有利于沉 降和過濾脫水，并且具有脫色功能，更適合于有機質(zhì)含量高的廢水如染色、造紙、紙張、 食品、水產(chǎn)品加工等工業(yè)廢水，以及城市污水處理工藝中的污泥脫水等。近年來，CPAM 的發(fā)展越來越快，已約占絮凝劑總量的60%。特別是其共聚型產(chǎn)品因電荷度可控、電荷 分布均勻、制造工藝簡單而備受矚目l2e]。70年代以來，日、美、英、法等國家的陽離 子型絮凝劑的研制開發(fā)出現(xiàn)了明顯的增長趨勢。在廢水處理中大量使用了陽離子型絮凝 劑。近幾年來，曰、美等國家陽離子絮凝劑己占合成絮凝劑的總量的60%，且每年仍 以10%以上的速度增長。
在國外已開發(fā)引用的陽離子型高分子絮凝劑中，陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑占重要的 地位。在早期，其陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑的主導(dǎo)產(chǎn)品為甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯 化銨（DMC)與丙烯酰胺（AM)的共聚系列產(chǎn)品，而在污水處理廠的污泥脫水設(shè)備從 帶式壓濾機轉(zhuǎn)變?yōu)橐愿咚匐x心機、擠壓機等為主的情況下，對絮團(tuán)的機械強度就有了更 高的有求，因而DMC系列的產(chǎn)品已經(jīng)不能滿足要求[21]。由于丙烯酰氧乙基三甲基氯 化銨（AETMAC)與AM的共聚物P (AETMAC-AM)的分子鏈比較柔順、具有彈性， 分子鏈上沒有2-甲基，因而親水性比較好。所以，其絮凝后所產(chǎn)生的絮團(tuán)在擠出多余的 水分后仍具有一定的彈性，強度好，絮團(tuán)擠碎后能重新凝集，能很好的經(jīng)受機械力的作 用完成脫水過程。并且，該類產(chǎn)品以相對分子質(zhì)量較高、電荷分布均勻等特點優(yōu)于其它 陽離子聚丙烯共聚物[22l23]。因此，AETMAC系列產(chǎn)品逐漸代替DMC系列產(chǎn)品成為主 導(dǎo)產(chǎn)品[24]。
在我國水處理所使用的絮凝劑中，聚丙烯酰胺占其總量的一半，處主要位置。而對 CPAM的研究起步較晚，并且只研究了由DMC、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯（DM)及 二甲基二烯基氯化銨（DMDAAC)與AM共聚制備的CPAM,但這些CPAM在性能上 遠(yuǎn)不如P (AETMAC-AM)。而且，至今達(dá)到工業(yè)化水平的很少。因此，我國在CPAM 方面的研究與國外研究水平的存在著明顯差異[25~27]。
同時，陽離子聚丙烯酰胺的發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢：在陽離子聚丙烯酰胺類絮凝劑中， 由于DMDAAC聚合物具有高效無毒，正電荷密度高，價格低廉等特點，所以應(yīng)重點開 展AM與DJC的聚合研究，優(yōu)化合成工藝，尋找產(chǎn)品最佳適用條件以及與其它化學(xué)試 劑配合等方面的研究，從而使開發(fā)的產(chǎn)品效果更好，成本更低，應(yīng)用面更廣。反相懸浮 聚合[28>29]和反相微浮液聚合方法正在興起。其優(yōu)點明顯，但也存在一些缺點，產(chǎn)品性能 受乳化劑的影響較大[3(K31]。因此，應(yīng)進(jìn)一步開展乳化劑選擇的開發(fā)和應(yīng)用研究。應(yīng)充分 利用天然高分子資源，開發(fā)出更多高效、無毒、價廉的天然髙分子改性陽離子絮凝劑，
并進(jìn)行應(yīng)用研究，以確定在水處理中的最佳工藝條件和應(yīng)用范圍[32>331。
1.3.3聚丙烯酰胺的改性
聚丙烯酰胺(PAM)是一種線性水溶性高分子，其衍生物可以用作絮凝劑、增稠劑、紙 張增強劑、造紙助留助濾劑以及液體的減阻劑等，廣泛應(yīng)用于水處理、造紙等領(lǐng)域。為 了取得更好應(yīng)用效果，人們研究了用天然高分子對丙烯酰胺進(jìn)行改性，通過改性制得一 些性能優(yōu)良的系列產(chǎn)品。常用的改性方法是接枝共聚和交聯(lián)，研究得較多的天然高分子 有淀粉、纖維素、殼聚糖|381。國內(nèi)外研究用這3種天然材料對內(nèi)烯酰胺進(jìn)行改性已得了 較大的進(jìn)展，并且在一些領(lǐng)域取得了較好的應(yīng)用效果[34]。
(1)丙烯酰胺與淀粉接枝共聚
早期，研究較多的是在水或水-有機溶劑中用預(yù)幅射法使淀粉與丙烯酰胺接枝，并且 形成大規(guī)模的制備方法。隨著單體與淀粉配比的增加，接枝產(chǎn)物中的淀粉含量也提高。 當(dāng)單體與淀粉的摩爾比為1 : 1時，在劑量為(115?2)xl(T2Mgy幅射下，聚丙烯酰胺的 含量可達(dá)25%。在水介質(zhì)中。同時幅射法比預(yù)輻射法會產(chǎn)生更多的未參加接枝的聚丙烯 酰胺。
淀粉和聚丙烯酰胺都是常用的造紙助劑，聚丙烯酰胺具有用量少、效果好的優(yōu)點， 而淀粉來源豐富，價格低廉。它們單獨使用時易引起紙頁強度下降。利用淀粉[35~37]與丙 烯酰胺接枝共聚物中的羥基與紙頁纖維素的羥基形成氫鍵，可增加紙頁纖維間鍵的數(shù) 目，提高紙頁中纖維間結(jié)合力，達(dá)到提高紙頁強度的目的[38]。研究表明，淀粉含量為 15%?20%的淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物的增強效果優(yōu)于單獨使用丙烯酰胺或淀粉，且價 格比聚丙烯酰胺便宜。_
(2)丙烯酰胺與纖維素的接枝共聚
在纖維素上接枝丙烯酰胺早有報道。以髙碘酸鈉-硼氫化鈉或次氯酸鈉處理后的棉 短絨在鹽引發(fā)下與丙烯酰胺接枝共聚，發(fā)現(xiàn)接枝速率隨體系中羥基含量的增加而變快。 有人研究了由S208-引發(fā)丙烯酰胺與甲基纖維接枝。結(jié)果表明，隨著引發(fā)劑濃度的增大， 接枝率增加，當(dāng)引發(fā)劑濃度為SnXH^mol/U時接枝產(chǎn)率達(dá)最高。纖維素與丙烯酰胺接 枝共聚時，可能產(chǎn)生丙烯酰胺均聚物，文獻(xiàn)報道添加少量二乙烯基單體進(jìn)行交聯(lián) 并利用惰性溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)，可以達(dá)到減少均聚物的目的。
(3)殼聚糖與聚丙烯酰胺交聯(lián)
近年來國內(nèi)外對殼聚糖這一天然資源的研究開發(fā)日益活躍，特別是在造紙工業(yè)中研 究應(yīng)用殼聚糖作造紙助劑方面的報道較多。殼聚糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)式與纖維素相似，溶解時 采用的酸性介質(zhì)與紙機紙時的酸性介質(zhì)相近。殼聚糖的成膜性和化學(xué)結(jié)構(gòu)特性可以使紙 張纖維間耐水性鍵得到加固，從而使紙張表面強度和內(nèi)在強度提高，并提高表面平滑度 和抗水性[46,47]。如紙面用1%殼聚糖處理后，紙張的抗撕力強度和耐性大大加強，但不影
響紙張的光澤度。
1.4本文的主要研究內(nèi)容
有機高分子絮凝劑優(yōu)點很多，如投藥量少，形成的礬花比較大，沉降速度快、處理 時間短、產(chǎn)生的污泥容易處理等[48~51]。本文通過合成一系列適用于處理濁液和印染廢水 的新型、高效的多功能、高分子有機絮凝劑，以解決這類廢水的處理難題。通過對濁液 和印染廢水的一系列實驗確定最佳絮凝條件，最后還用該絮凝劑對其他廢水做了絮凝效 果實驗。
本文的研究內(nèi)容包括：
1)系統(tǒng)分析和論述絮凝劑、絮凝理論和絮凝技術(shù)的研究進(jìn)展。
2)聚丙烯酰胺、陽離子聚丙烯酰胺及改性聚丙烯酰胺的制備，包括制備方法、制 備原理、最佳工藝條件試驗等。
3)聚丙烯酰胺、陽離子聚丙烯酰胺及改性聚丙烯酰胺對濁液、印染廢水的處理研 究并比較其處理效果。
4)將處理效果最好的絮凝劑用于洗煤廢水的處理。
5)對實驗機理進(jìn)行探討。