新型聚丙烯酰胺絮凝剂的合成及其性能研究

1.1.3 表征与测试
对于超支化阳离子聚丙烯酰胺表征的分析主要分为以下几个部分：
(1)红外光谱分析。

通常情况下，对于阳离子聚丙烯酰胺以及阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的红外光谱分析，主要借助由美国尼高力公司研发生产的智能型傅里叶红外光谱仪(型号NICOLET5700)来实现。

(2)核磁共振氢谱分析。

借助瑞士 Bruker Avance 研发生产的核磁共振波谱仪(型号400MHz)完成相应的测定工作，期间溶剂选用氘代二甲亚砜。

(3)热性能分析。

本次研究中，对于聚丙烯酰胺絮凝剂的热性能分析，其关键在于热重分析。

具体操作过程中，借助热重/
差热综合分析仪来实现，期间温度控制在26～600℃这一范围内，仪器升温速度控制在10℃/min 即可。

1.2 结果分析
通过对本次实验研究结果的综合分析，发现实验获得的超支化阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，其分子结构末端位置含有较多的端基，同时进一步分析得出，超支化聚酯物质自身结构相对复杂，加上支链较多。

因此，在具体的实验操作过程中，为了获得理想化的结果，保证新型聚丙烯酰胺絮凝剂物质的合成效果，强化对丙烯酸用量的控制十分关键。

此外，相关研究结果显示，单体质量比、引发剂的用量、反应温度控制、反应时间等一系列因素，均会对最终的新型聚丙烯酰胺絮凝剂物质合成效果产生不同程度的影响，应该给予高度重视[1]。

2 新型聚丙烯酰胺絮凝剂的性能分析
2.1 实验部分2.1.1 主要试剂与仪器
对于新型聚丙烯酰胺絮凝剂的性能，实验试剂需要用到PAD 和PADS(实验室自制)，硅藻土(北京百灵威科技有限公司，规格：AR)、氢氧化钠(天津市大茂化学试剂厂，规格：AR)、盐酸(天津基准化学试剂有限公司，规格：AR)。

实验所需仪器主要包括：电热恒温水浴锅(北京市永光明医疗仪器有限公司，型号：DZKW-D-1)、环境扫描电镜(美国FEI 公司，型号：Q45)、数显电动搅拌器(上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司，型号：JB90-S)、电热鼓风干燥箱(天津市泰斯特仪器有限公司，型号：101-1AB)、电子天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司，型号：BS2202S)、纳米粒度表面电位分析仪(英国 Malvern 公司，型号：Zeta sizer nano-ZS90)、紫外光谱仪(安捷伦科技有限公司，型号：Cary 60型)。

0 引言
在全球水资源缺乏的情况下，含油废水的排放成为了水资源污染的问题之一。

因此，合成一种高效的水处理剂成为了解决该问题的一种有效途径。

相关研究结果显示，超支化聚丙烯酰胺具有明显的三维立体结构特征，通过相应的化学改性合成具有特殊功能的新型聚丙烯酰胺絮凝剂，为水体净化工作的开展提供了全新的思路。

1 新型聚丙烯酰胺絮凝剂的合成
1.1 实验部分1.1.1 实验试剂与仪器
本次实验研究需要用到试剂：超支化聚酯 Boltorn H20(瑞典Perstorp 公司)，其合成主要是通过乙氧基季戊四醇为核，2,2-二羟甲基丙酸为支化单元，借助发散法获得，分子量为2100g/mol，理论羟基数为16个。

除此之外，还需要用到十二烷基二甲基叔胺(由张家港飞翔化工有限公司研发生产)、烯丙基缩水甘油醚(AGE，由南京向前化工有限公司生产)、缩水甘油三甲基氯化铵(GTA，由Alddrich 厂家生产)、丙烯酰胺(国药集团化学试剂有限公司研发生产)以及其他基础试剂(上海凌峰化学试剂有限公司生产)。

实验所需仪器：集热式磁力搅拌器(上海霓玥仪器有限责任公司，型号：DF-101S 集热式)、恒速电动搅拌器(上海申胜生物科技有限公司，型号：S-90BC)、恒温水浴锅(上海申胜生物科技有限公司，型号：W-205C)、巩义市予华仪器有限责任公司研发的旋转蒸发仪(型号：R201D)与循环水式真空泵(型号：SHZ-D)。

1.1.2 超支化阳离子聚丙烯酰胺的合成
对于超支化阳离子聚丙烯酰胺P 的合成，其操作如下：(1)充分搅拌，取出1/5份分别由改性超支化聚酯物质、二甲基二烯丙基氯化铵、烯丙基缩水甘油醚以及水等物资，使其形成混合液。

(2)将1/5份含过硫酸铵的引发剂水溶液，加入到反应容器中，这一过程中反应容器内设置相应的电动搅拌器、温度计以及冷凝回流装置。

(3)加温，观察温度升至70～90℃后，缓慢加入4/5份单体混合液以及引发剂水溶液，加入时间控制在3h 内。

(4)保温反应，结束后由冷却转为室温，最后得到淡黄色透明液体。

新型聚丙烯酰胺絮凝剂的合成及其性能研究
宋军旺(陕西能源职业技术学院化学工程学院，陕西 咸阳 712000)
摘要：新型聚丙烯酰胺是工业生产中常用的一类水溶性聚合物，在造纸工业、石油回收工业、涂料工业以及水体净化等方面，均有非常广泛的应用。

文章以超支化阳离子聚丙烯酰胺为例，对新型聚丙烯酰胺絮凝剂的合成展开相应的试验研究，并对新型聚丙烯酰胺絮凝剂的性能做了阐述与分析。

关键词：新型聚丙烯酰胺；合成；性能
98.38%，絮凝沉降时间为8s。

与以上几种反应条件相比，可以发现当PAD 的投加量与pH 保持不变时，合理控制反应温度，会对絮凝硅藻土的透光率以及具体的絮凝沉降时间产生较大的影响。

研究结果显示，当反应温度不断提高时，悬浮上清液透过率数值会呈现出明显的先减小后逐渐趋于平衡的一种趋势。

从动力学这一角度入手分析上述现象，其出现原因主要与低温条件下布朗运动受到一定的限制密切相关。

在温度较低的反应条件下，PAD 与体系内悬浮颗粒两者之间的碰撞速率会出现明显的降低，并且部分絮体会处于一种自然的沉降状态，进而导致悬浮颗粒絮凝速率受到较大的影响，造成新型聚丙烯酰胺絮凝剂性能下降问题的出现。

在反应温度持续提升的情况下，此时PAD 分子结构中的支链与悬浮颗粒本身的活性位点碰撞几率进一步加大，从而加快絮体絮集速率，保证絮凝沉降可以在短时间内快速完成。

对于这一情况，如果温度发生过快
升高，则絮体体积会随之变小，絮凝效果几乎不发生变化，透光率逐渐趋于平衡[3]。

2.2.4 特性黏数对絮凝硅藻土的透光率的影响
在分析特性黏数对絮凝硅藻土的透光率的影响这一问题时，结合相关研究结果，由于聚合物本身的特性黏数与分子量有着直接的关系，同时聚合物特性黏数越高，其结构分子链越长，进而吸附点随之增多，整体的絮凝性能也会随之增强。

对此，针对新型聚丙烯酰胺絮凝剂特性黏数对于絮凝性能的影响，作出以下讨论：在新型聚丙烯酰胺絮凝剂特性黏数不断增加的情况下，上清液透过率会随之有所提升。

此时，pH 为6时，受到特性黏数不断增加的影响，上清液透过率的增幅最大。

除此之外，酸性环境下新型聚丙烯酰胺絮凝剂的絮凝性能优于碱性环境。

这一结果的得出，与阳离子单体在碱性情况下不发生反应相关。

但是在酸性条件下，季胺基团对于水中负电荷离子的吸附能力加强，进而促进絮凝性能的提升。

3 结语
综上所述，AM、DAC、TEOS、PETL 为原料，通过自由基聚合和原位聚合反应合成超支化阳离子聚丙烯酰胺，在此基础上通过 FTIR、1H-NMR 对其结构进行了表征，发现其具有良好的稳定与重复性。

与此同时，将新型聚丙烯酰胺絮凝剂应用于含盐废水体系处理过程中，可以借助自身较强的抗剪切能力，保证最终的水体净化效果。

参考文献：
[1]何宝菊，王刚，徐敏，等.新型重金属絮凝剂二硫代羧基化羟甲基聚丙烯酰胺制备条件的优化[J].化工新型材料，2018, 46 (08): 211-216.
[2]李嘉，王刚，徐敏，等.新型重金属絮凝剂巯基乙酰化磺甲基聚丙烯酰胺除铜除浊性能研究[J].环境科学学报，2018, 38 (10): 3990-3996.
[3]帖呈，张权，李峰.新型阳离子聚丙烯酰胺P(AM-DAC)絮凝剂对煤泥浮选的试验研究[J].价值工程，2017, 36 (29): 183-185.
2.1.2 研究方案
这一章节中，对于新型聚丙烯酰胺絮凝剂性能的分析，需要将实验室自制的PAD 和PADS 置于硅藻土模拟废水中。

其中硅藻土模拟废水质量分数控制在3%，经过搅拌沉淀后，观察记录清液透过率以及絮凝沉降时间，同时将以上两种指标作为新型聚丙烯酰胺絮凝剂性能的评价标准。

在此基础上，通过对新型聚丙烯酰胺絮凝剂进行的粒径分析和分形维数，明确新型聚丙烯酰胺絮凝剂的絮凝原理。

2.1.3 测试操作
分析新型聚丙烯酰胺絮凝剂性能试验操作过程中，确定絮团出现时为絮凝初期，这时需要通过计时的方式得出实际的絮凝沉降速度，一直到液面趋于平稳同时没有再絮现象为止。

絮凝结束后，需要确定下降高度数值和整个絮凝时间。

在此基础上，取上清液，假设波长数值为590nm，那么上清液透过率的计算公式如下：
透过率A 1-A 2=
A 1-A 2
A 1
×100%式中，
A 1为待测液在590nm 位置处的吸光值；A 2为絮凝结束后澄清液在590nm 位置处的吸光值。

2.2 性能分析
2.2.1 PAD的投加量对硅藻土的透光率和沉降时间的影响
研究表明，PAD 的投加量会直接对硅藻土的透光率以及絮凝沉降时间产生较大的影响。

当PAD 的实际投加量为16mg/L 时，此时硅藻土的透光率可以达到98.50%，同时絮凝沉降时间为10s。

当PAD 的实际投加量不断增加时，硅藻土的透光率随之出现先下降后上升的变化，并且絮凝沉降时间也会随之出现先迅速下降后上升的趋势。

究其原因，与PAD 分子本身可以对体系中的粒子实施包裹有着直接的关系，在PAD 浓度增加时，受到吸附架桥和电性中作用影响，使得体系中的小颗粒逐渐变为小絮团，最终形成大的絮团[2]。

当PAD 浓度较小时，体系内的胶体粒子与悬浮颗粒之间存在一种彼此靠近的关系，受到静电斥力这一因素的影响，会导致两者之间难以实现相互碰撞。

与此同时，在上述这一情况下，电性中和与吸附架桥作用无法顺利发挥，粒子絮聚困难，进而对新型聚丙烯酰胺絮凝剂性能产生相应的影响。

2.2.2 pH对絮凝硅藻土的透光率和沉降时间的影响
有研究数据表明，当PAD 的投加量控制在16mg/L 时，如果pH 数值控制在6，那么此时的絮凝时间为14s，硅藻土的透光率为92.50%。

当体系内的酸碱环境逐渐发生变化时，上清液的透过率也会随之发生变化。

进一步分析来看，这一现象的出现原因主要与PAD 分子结构中含有季铵基团有着直接的关系。

由于季铵基团本身具有较强的正电性特征，同时电性中和以及压缩双电层两种能力相对突出，因此对于反应环境酸碱度有着一定的要求。

2.2.3 温度对絮凝硅藻土的透光率和沉降时间的影响
将PAD 的投加量控制在16mg/L，pH 值控制在6，如果此时的反应温度为35℃，那么悬浮上清液透过率数值可以达到。