隨著工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大， 水體污染越來越受到關(guān)注6^,:由于絮凝方法具有成本 低、操作簡單等優(yōu)點，成為工農(nóng)業(yè)用水和廢水處理的重 要手段，而絮凝劑是絮凝技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一™。近 年來，無機/有機復合絮凝劑作為污水處理的較新手 段，日益受到重視™。其中聚丙烯酰胺是目前世界上 應用最廣、效能較高的高分子有機合成絮凝劑。聚丙 烯酰胺的酰胺基可與許多物質(zhì)親和、吸附形成氫鍵。 高相對分子質(zhì)量的聚丙烯酰胺在被吸附的粒子間形成 “橋聯(lián)”，使數(shù)個甚至數(shù)十個粒子連接在一起，生成絮 團，加速粒子下沉，這使它成為理想的絮凝劑[4’氣。高 分子絮凝劑的絮凝機理與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，多支狀結(jié) 構(gòu)的絮凝劑由于構(gòu)象更為伸展而可能獲得普通線形高 分子絮凝劑所達不到的絮凝效果作者采用高價鈰 鹽和多官能度的小分子有機物季戊四醇作為氧化還原 體系引發(fā)丙烯酰胺（AM)自由基聚合合成了一種新型 的多支狀非離子型聚丙烯酰胺，并對其絮凝性能進行 了探索，擬為這種多支狀聚丙烯酰胺的應用奠定一定 理論基礎(chǔ)。

聚合反應原理如下： 

1 實驗

CH2OH

I

Ce'!++ HOHjC—C—CHzOH —?Ce,+ + CH20H

CHJO •

I

*OH2C—C—CH20. + nCH2—CH

II

CH2〇.CONH!

CH2O •

I

DH2C—C—CH20 -+4H+

I

CH2〇.

CHCH

I：i 1

0CONH2

CH2

1

CH—CH2-O- CH2- C -GH2 - O—CH2 CH

III

CONH2CH,CONH2

I

o

•I

CH 廠 CH

I •…

CONH2

1.1試劑與儀器

丙烯酰胺，天津科密歐化學試劑開發(fā)中心；季戊四 醇、硅藻土，沈陽新興試劑廠；丙酮，沈陽華東試劑廠;

收稿日期：2012 —09 —27

作者簡介：程燁，男，湖北潛江人，研究方向：精細化學品的合成；通訊作者：李翠勤，講師，E-mail:liCUiqin78®163.C〇m。

 

程燁等：一類新型聚丙烯酰胺的合成與絮凝性能研宄/2013年第1期

硝酸鈰銨，北京化工廠；硫酸、無水氯化鈣、氫氧化鈉， 沈陽東興試劑廠；聚鋁，北京益利精細化學品有限公 司；高純氮氣，大慶雪龍氣體股份有限公司。所用試劑 均為分析純。

DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鞏義英略 予華儀器廠；DZ-1BC型真空干燥箱，天津泰斯特儀器有 限公司；XA-I型粉碎機，江蘇姜堰分析儀器廠；非稀釋 型烏氏粘度計，復旦大學科技儀器廠；722型光柵分光光 度計（最大吸收波長A = 400 nm，l cm比色皿）。

1.2合成方法

首先將丙烯酰胺、季戊四醇和硝酸鈰銨分別配制 成一定濃度的水溶液。向反應瓶中加入50 mL丙烯 酸胺溶液和一定體積的季戊四醇溶液。反應瓶經(jīng)充分 除氧后密封，用注射器向其中加入一定量的硝酸鈰銨 溶液，振蕩，混合均勻，將反應瓶置于一定溫度的恒溫 槽中反應一定時間，用一定量的丙酮沉淀。沉淀物經(jīng) 機械切碎后在丙酮中浸泡24 h，室溫烘干再經(jīng)丙酮回 流數(shù)小時，除去單體，在25 °C真空烘箱中烘干至恒重。

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1.3性能測定

1.3.1相對分子質(zhì)量測定

根據(jù)GB 12005. 1 — 89測定聚丙烯酰胺的特性粘 數(shù)；根據(jù)GB/T 12005. 10 — 1992測定聚丙烯酰胺的相 對分子質(zhì)量（M)，關(guān)系式為：。

1.3.2絮凝性能測定

在強力攪拌下，將一定量的硅藻土分散于自來水 中，振蕩，搖勻，配制硅藻土懸浮液作為模擬污水。向 具塞量筒中加入50 mL模擬污水和一定量的絮凝劑 溶液，混合10次，靜置5 min。用移液管移取30 mL 清液，用分光光度計測定其透光率。

2結(jié)果與討論

2.1新型聚丙烯酰胺合成條件的優(yōu)化

在聚合反應過程中，為了得到分子量較高、水溶性 較好的多支狀聚丙烯酰胺，對合成條件進行了優(yōu)化，結(jié) 果見圖1。 

otMrf.次貧 0*

450

(c)

420

(d)

o'^lol

4 3 3

5(1'

200 '

320

5101520253035404550

反應溫度/*〇

 

圖1合成條件對聚丙烯酰胺相對分子量的影響 Fig. 1 The effects of synthetic conditions on molecular weight of polyacrylamide 

由圖la可見，在其它條件恒定時，隨著單體質(zhì)量 分數(shù)的增大，聚丙烯酰胺的相對分子量增大，當單體質(zhì) 量分數(shù)為15%時，聚丙烯酰胺相對分子量達400萬以 上。由圖lb可見，隨著引發(fā)劑用量的增加，聚丙烯酰 胺的相對分子量減小，當引發(fā)劑用量為1 mmol • L^1 時，聚丙烯酰胺的分子量達400萬以上。由圖lc可 見，隨著反應時間的延長，聚丙烯酰胺的相對分子量先 增大后減小，反應時間為12 h時，聚丙烯酰胺相對分 子量最大，達400萬以上。這是因為，反應一定時間 后，自由基幾乎消耗殆盡，聚丙烯酰胺的分子產(chǎn)& 率變得很慢；繼續(xù)延長反應時間，聚丙烯酰胺；

聚丙烯酰胺的相對分子量增大，反應溫度為 47 t；時，聚丙烯酰胺相對分子量達400萬以上。實驗 過程中發(fā)現(xiàn)，當反應溫度低于60 °C時，聚丙烯酰胺均 溶于水（20 °C除外），當反應溫度高于60 °C時，聚丙烯 酰胺在水中僅發(fā)生溶脹。這是因為，反應溫度過高時， 形成的水溶性聚丙烯酰胺會發(fā)生交聯(lián)，溶解性變差。 2.2新型聚丙烯酰胺的絮凝性能 2.2.1 pH值對絮凝性能的影響

采用稀H2 SQ,和NaOH溶液調(diào)節(jié)模擬污水體系 pH值，考察體系PH值對聚丙烯酰胺絮凝性能的影 響，結(jié)果見圖2。

100 r

02468101214

pH值

圖2體系pH值對聚丙烯酰胺絮凝性能的影響 Fig. 2 The effect of pH value on flocculation performance of polyacrylamide

由圖2可知，在酸性和中性條件下，絮凝效果不是 很明顯，而且絮塊較?。划攑H值大于10時，絮凝效果 明顯，而且水體中有大的絮塊產(chǎn)生。這可能是因為，在 酸性和中性體系中時，聚丙烯酰胺僅靠本身的高分子 長鏈通過分子間的吸附作用進行架橋而起到絮凝作 用，而且部分分子鏈處于蜷曲或纏結(jié)狀態(tài)，故絮凝效果 不很理想。而在堿性體系中時，非離子型聚丙烯酰胺 發(fā)生水解反應，少部分酰胺基轉(zhuǎn)變?yōu)轸然?，高分子鏈?有部分的電荷，電荷間的斥力作用使得高分子鏈得以 伸展，吸附和架橋作用更加明顯，故絮凝效果較好，但 絮塊仍不是很大。

2.2.2聚丙烯酰胺用量對絮凝性能的影響

PH值為12,考察聚丙烯酰胺用量對絮凝性能的 影響，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，當聚丙烯酰胺用量為38. 5 mg* L-1 時，絮凝效果最佳。用量太小時，吸附架橋作用較弱; 增加其用量時，初期吸附量增大，有利于吸附架橋，使 形成的絮體粒徑增大，絮凝效果增強；但聚丙烯酰胺又 具有一定的分散作用，用量過大時，大量的聚丙烯酰胺 吸附在懸浮顆粒上成空間保護層，阻止架橋結(jié)構(gòu)的形 成，使己經(jīng)絮凝的絮體重新分散，絮凝效果反而變

圖3聚丙烯酰胺用量對絮凝性能的影響 Fig. 3 The effect of polyacrylamide amount on flocculation performance

2.3復配體系的絮凝性能

將無機絮凝劑聚鋁和高分子絮凝劑聚丙烯酰胺復 配處理模擬污水，并考察聚鋁用量為1 mg • L-1時聚 丙烯酰胺用量對絮凝性能的影響，以及聚丙烯酰胺用 量為39 mg • L-1時聚鋁用量對絮凝性能的影響，結(jié)果 見圖4。

由圖4可知，當聚鋁用量為1 mg • L-1時，隨聚丙 稀釀胺用量的增加，絮凝效果先增強后減弱。當聚丙 稀酰胺用量較少時，聚鋁的電中和架橋以及聚丙烯酰 胺的吸附架橋同時發(fā)揮作用，使得絮凝效果明顯增強; 隨著聚丙烯酰胺用量的增加，分散作用阻止架橋結(jié)構(gòu) 的形成，導致絮凝效果下降w。

由圖4還可知，當聚丙烯酰胺用量為39 mg •

時，隨聚鋁用量的增加，絮凝效果增強；聚鋁用量為 1. 5 mg . L-1時，污水的透光率己高達95%以上，繼續(xù) 增加聚鋁用量，絮凝效果提高不大?？梢姡蹚S 與聚鋁復配使用可提高絮凝效果，合成的新3 酰胺在復配體系中起助凝劑的作用。  

3結(jié)論

確定了新型聚丙烯酰胺的優(yōu)化合成條件為：單體 質(zhì)量分數(shù)15%、引發(fā)劑用量1 mmol • C1、反應時間 12 h、反應溫度47 °C，在此條件下，合成得到的新型聚 丙烯酰胺相對分子量達400萬以上，且具有很好的水溶 性。該新型聚丙烯酰胺對模擬污水具有一定的絮凝性 能，在堿性體系中與無機絮凝劑聚鋁復配時，絮凝效果 更佳，可將模擬污水的透光率由30%提高到90%以上。