PDA的制备及对水中有机污染物的絮凝去除

PDA的制备及对水中有机污染物的絮凝去除
PDA的制备及对水中有机污染物的絮凝去除
邻苯二甲酸酯类化合物(PAEs)作为一种重要的化工原料,广泛应用于各个行业当中,导致了对环境的普遍污染。

由于它还具有干扰人类及动物的内分泌系统的功能,能够损害生殖和发育,因此也被称为内分泌干扰物,环境激素。

这类化学物质的性质很稳定,且在自然界中具有持久性、累积性、难自然降解的特点。

当前作为城市水源水的许多江河、湖泊受到PAEs的普遍污染,如果不能将其控制在适当的浓度以下,将会对人类和动物的健康产生威胁,因此研究去除水体中PAEs的有效方法和技术已经变得十分迫切、必要。

腐殖酸类物质(humic acid,HA)是天然水体中一类重要的有机物,也是天然有机物的重要组成成分,由于其特殊的化学结构和性质,也会对人体和水生生物产生影响,因此研究其去除方法、机理对于保障饮用水安全是必不可少的。

论文首先对常规絮凝法能否有效去除水体中的PAEs类物质进行了大量探讨实验,从而论证了应用絮凝法能够有效去除环境激素PAEs类物质,进而有针对性的合成了高性能的聚二甲基二烯丙基氯化铵-丙烯酰胺共聚物(PDA),并对得到的产物进行了表征,分析验证了PDA的性质。

采用近红外反射光谱法,通过建立模型提出了测定PDA阳离子度和AM单体残留量的新方法。

最后将制得的PDA产物应用于处理水体中PAEs类物质和HA,采用单因素实验对去除条件进行了优化,并研究其去除机理。

论文的主要研究结论如下:
(1)采用絮凝法去除水体中PAEs类物质时,目标物为邻苯二甲酸二甲酯(DMP)和邻苯二甲酸二乙酯(DEP),发现有机絮凝剂PDMDAAC和CPAM对其有很好的去除效果,使用PDMDAAC时,对DMP的最大去除率可达到6
3.8%;使用自制CPAM时,对DMP的最大去除率可达到9
7.3%;当PDMDAAC与CPAM复合使用时,其中PDMDAAC为主絮凝
剂,CPAM为助凝剂,对DMP的最大去除率可达到99.8%;PDMDAAC与CPAM对环境激素DEP也有很好的去除效果,最大去除率分别为49.2%、8
8.3%。

采用主成分分析法得出:絮凝过程中对絮凝剂去除效果的影
响依次为絮凝剂投加量 pH 搅拌时间沉降时间。

(2)采用反相乳液聚合法,以二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)与丙烯酰胺(AM)单体为原料,研究了引发体系、引发剂用量、引发剂质量比、单体配比、油水体积比、体系pH值、EDTA加入量、反应时间、氮气通入时间对特性粘度的影响,确定了较优的制备工艺条件。

优化条件为:选用引发剂NaHSO_3与K_2S_2O_8为引发体系,氧化还原引发剂的最佳用量为0.03%,其中NaHSO_3与K_2S_2O_8质量比为5:3 ,单体DMDAAC与AM质量比为2:8,油水体积比为1:
1.2,体系最佳pH值为
8.0,
1.0mol/L的EDTA加入量为0.6mL,反应时间为
4.0h,通氮时间为40.0min。

用红外光谱(FTIR)对自制产物的结构进行了表征,差热分析表明,产物常温下较稳定,不易发生分解,扫描电镜分析表明,PDA产物的表面结构具有大量相互交叉的蘑菇状结构,表面凸起较多,具有很强的吸附、架桥能力。

(3)利用化学法测定出产物PDA的阳离子度和残留AM单体的含量,再通过对PDA样品进行近红外反射光谱扫描,获得近红外光谱图,对图谱进行分析,采用小波分析法对光谱进行降噪处理,采用RBF神经网络的数学转换方法建立近红外反射光谱(NIRS)定标模型,建立PDA 阳离子度的近红外预测模型,采用偏最小二乘法建立PDA中AM单体残留量的预测模型。

(4)采用强化絮凝法,将自制的PDA用于处理水体中PAEs时,发现去除效果与PDA投加量、溶液初始pH值、搅拌时间、沉降时间、PDA 特性粘度等因素有关,而且自制絮凝剂PDA对PAEs类物质具有较好的去除效果。

(5)将PDA用于去除水体中HA,采用单因素分析法研究各个影响条件对去除效果的影响,取出絮凝后的絮体照片,通过显微镜拍摄絮体照片,采用分形维数法研究絮凝机理。

摘要3-5ABSTRACT5-131 绪论13-35
1.1 水环境概述13-14
1.2 特征性有机污染物PAEs 研究现状14-20
1.
2.1 PAEs 的理化性质14-15
1.
2.2 PAEs 的用途及危害15-16
1.
2.3 PAEs 在环境中的污染状况16-17
1.
2.4 PAEs 的去除17-20
1.3 HA 简介20-21
1.
3.1 HA 的性质20
1.
3.2 HA 的危害与去除方法20-21
1.4 絮凝剂分类及发展趋势21-27
1.
4.1 无机絮凝剂22-23
1.
4.2 有机絮凝剂23-26
1.
4.3 生物絮凝剂26-27
1.
4.4 复合絮凝剂27
1.5 絮凝机理27-29
1.
5.1 电中和作用27-28
1.
5.2 架桥作用28
1.
5.3 网捕卷扫作用28-29
1.6 PDA 简介29-31
1.
6.1 合成PDA 的单体29
1.
6.2 PDA 合成方法29-30
1.
6.3 PDA 应用30-31
1.7 课题背景、研究目的内容31-35
1.
7.1 课题背景31-32
1.
7.2 研究目的与内容32-34
1.
7.3 技术路线34-352 去除 PAEs 絮凝剂的筛选35-49 2.1 引言35
2.2 试验部分35-37
2.
2.1 主要试剂及仪器35-36
2.
2.2 标准储备液的配置36
2.
2.3 絮凝实验36
2.
2.4 分析方法36-37
2.3 不同絮凝剂对DMP 去除效果的影响37-42
2.
3.1 投加量对絮凝效果的影响37-38
2.
3.2 pH 值对去除效果的影响38-39
2.
3.3 搅拌时间对去除效果的影响39-40
2.
3.4 沉降时间对去除效果的影响40
3.5 PDMDAAC 投加量与Zeta 电位的关系40-41
2.
3.6 CPAM 投加量与Zeta 电位的关系41-42
2.4 絮凝剂对DEP 的去除研究42-43
2.
4.1 PDMDAAC 对DEP 的去除42
2.
4.2 CPAM 对DEP 的去除42-43
2.5 CPAM 对PDMDAAC 去除DMP 的助凝效果研究43-45
2.
5.1 CPAM 的投加量对去除效果的影响43-44
2.
5.2 pH 值对助凝效果的影响44-45
2.
5.3 沉降时间对去除效果的影响45
2.6 主成分分析45-46
2.7 本章小结46-493 PDA 的制备与表征49-67
3.1 引言49
3.2 实验部分49-52
3.
2.1 主要试剂及仪器49-51
3.
2.2 实验方法51-52
3.3 PDA 乳液聚合结果与讨论52-59
3.
3.1 引发体系的选择52-53
3.
3.2 引发剂含量的确定53-54
3.
3.3 引发剂NaHS0_3与K_2S_2O_8质量比对产物特性粘度的影响
3.
3.4 单体DMDAAC 与AM 质量比对产物特性粘度的影响55
3.
3.5 油水体积比对产物特性粘度的影响55-56
2.
3.6 pH 值对聚合产物特性粘度的影响56-57
2.
3.7 EDTA 加入量对PDA 特性粘度的影响57
3.
3.8 反应时间对PDA 特性粘度的影响57-58
3.
3.9 通氮时间对PDA 特性粘度的影响58-59
3.4 PDA 产物的表征59-65
3.
4.1 特性粘度的测定59-60
3.
4.2 固含量的测定60-61
3.
4.3 阳离子度的测定61
3.
4.4 红外光谱（IR）61-62
3.
4.5 差热热重分析（DTA-TGA）62
3.
4.6 扫描电镜分析（SEM）62-65
3.5 本章小结65-674 近红外光谱法测定 PDA 阳离子度与丙烯酰胺残留单体67-79
4.1 引言67-68
4.2 近红外光谱法测定PDA 阳离子度68-73
4.
2.1 主要试剂及仪器68
4.
2.2 沉淀滴定法测定阳离子度68
4.
2.3 样品的近红外反射光谱图68-69
4.
2.4 模型建立69-70
4.
2.6 神经网络模型的参数结构70-71
4.
2.7 结果与分析71-73
4.
2.8 讨论73
4.3 近红外光谱法测定PDA 中残留丙烯酰胺含量73-77
4.
3.1 主要试剂及仪器73-74
4.
3.2 残留AM 单体含量的紫外光谱法测定74
4.
3.3 偏最小二乘回归分析74
4.
3.4 模型建立74
4.
3.5 紫外光谱法与NIRS 法对残留AM 单体含量测定的比较74-75
4.
3.6 样品的近红外反射光谱图75
4.
3.7 异常样品剔除75-76
4.
3.8 PDA 中AM 单体残留量的测定效果相关性分析76-77
4.
3.9 模型验证77
4.
3.10 讨论77
4.4 本章小结77-795 PDA 对 DMP 的去除79-87
5.1 引言79
5.2 试验部分79-81
5.
2.1 主要试剂及仪器79-80
5.
2.2 絮凝实验80
5.
2.3 分析方法80-81
5.3 PDA 处理邻苯二甲酸二甲酯的单因素分析81-85 5.
3.1 投加量对絮凝效果的影响81
5.
3.2 pH 值对絮凝效果的影响81-82
5.
3.3 搅拌时间对絮凝效果的影响82-83
5.
3.4 沉降时间对絮凝效果的影响83-84
5.
3.5 特性粘度对絮凝效果的影响84
5.
3.6 PDA 投加量与Zeta 电位的关系84-85
5.
3.7 PDA 投加量与TOC 的关系85
5.4 本章小结85-876 PDA 对 PAEs 的去除87-95
6.1 引言87
6.2 试验部分87-88
6.
2.1 主要试剂及仪器87-88
6.
2.2 絮凝实验88
6.
2.3 分析方法88
6.3 PDA 处理PAEs 的单因素分析88-93
6.
3.1 投加量对絮凝效果的影响88-89
6.
3.2 pH 值对絮凝效果的影响89-90
6.
3.3 搅拌时间对絮凝效果的影响90-91
6.
3.4 沉降时间对絮凝效果的影响91
6.
3.5 特性粘度对絮凝效果的影响91-92
6.
3.6 PDA 投加量与TOC 的关系92-93
6.4 本章小结93-957 PDA 对 HA 的去除研究95-111
7.1 引言95
7.2 试验部分95-96
7.
2.1 主要试剂及仪器95-96
7.
2.2 水样的配置96
7.
2.3 絮凝实验96
7.3 HA 标准曲线的绘制96-97
7.4 PDA 处理HA 的单因素分析97-104
7.
4.1 PDA 投加量对絮凝效果的影响97-98
7.
4.2 pH 值对絮凝效果的影响98-99
7.
4.3 最优pH 条件下PDA 投加量对絮凝效果的影响99
7.
4.4 HA 初始浓度对絮凝效果的影响99-100
7.
4.5 初始温度对絮凝效果的影响100-101
7.
4.6 特性粘度对絮凝效果的影响101-102
7.
4.7 搅拌时间对絮凝效果的影响102
7.
4.8 PDA 与PDMDAAC、PFS、PAC 的去除效果对比102-104 7.
4.9 PDA 投加量与Zeta 电位的关系104
7.5 絮凝机理研究104-109
7.
5.1 实验方法105
7.
5.2 分形维数计算方法与相关性系数105-106
7.
5.3 PDA 投加量对分形维数的影响106-107
7.
5.4 pH 值对分形维数的影响107-108
7.
5.5 初始温度对分形维数的影响108
7.
5.6 特性粘度对分形维数的影响108-109
7.
5.7 PDA 去除机理分析109
7.6 本章小结109-1118 结论与展望111-113
8.1 结论111-112
8.2 展望112-113致谢113-115
参考文献
115-127附录127-128A. 作者在攻读博士学位期间发表的论文目录127-128B. 作者在攻读博士学位期间申请的专利目录128C. 作者在攻读博士学位期间作为主研人员参与科研项目128。