疏水改性阳离子型高分子絮凝剂P_AM_DMDAAC_BA_的合成与性能研究

　第19卷第2期高分子材料科学与工程Vo l.19,N o.2　2003年3月POLYM ER M AT ERIALS SCIENCE AND ENGINEERING M ar.2003

疏水改性阳离子型高分子絮凝剂

P(AM-DMDAAC-BA)的合成与性能研究X

陈　鸿,张　熙,梁　兵

(高分子材料工程国家重点实验室,四川大学高分子研究所,四川成都610065)

摘要:以丙烯酰胺(A M)、二甲基二烯丙基氯化铵(DM D AA C)、丙烯酸丁酯(BA)为原料,通过自由基胶束共聚法合成了阳离子型疏水缔合共聚物P(A M-DM DA A C-BA)。采用红外光谱、核磁共振谱对聚合物的结构进行了表征,考察了不同合成工艺条件下得到的聚合产物的絮凝性能。研究结果表明,阳离子单体含量和疏水单体含量均对絮凝效果有较大的影响,在阳离子单体含量10mol%,疏水单体含量3 mol%,絮凝剂加量25mg/L时,综合絮凝效果较好。

关键词:丙烯酰胺共聚物;疏水缔合;阳离子;絮凝剂

中图分类号:T B39 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2003)02-0097-04

高分子絮凝剂作为处理工业废水与生活污水的重要材料,在环境保护、提高水资源的利用率方面具有重要作用[1～3]。为了获得高性能的絮凝剂,国内外科技工作者作了大量的工作,研究的热点集中于阳离子聚合物[4,5]、两性离子聚合物[6～9]、多功能絮凝剂[10,11]和疏水缔合型聚合物,除部分絮凝剂已投入实际应用外,大多尚处于研究试验阶段。

疏水缔合聚合物是含有疏水基团的水溶性聚合物。疏水基团能提高絮凝剂吸附架桥能力、增强聚合物与有机物的相互作用、降低絮体的亲水性,增强对水体中有机物的去除能力,满足污泥脱水的需要。本文采用自由基胶束共聚的方法,以丙烯酰胺(AM)、二甲基二烯丙基氯化铵(DM DAAC)及丙烯酸丁脂(BA)为原料合成出阳离子型疏水缔合水溶性聚合物P(AM-DM DAAC-BA),并对其结构进行了表征,同时讨论了聚合物结构、加量等因素对絮凝性能的影响。

1　实验部分

1.1　原料

精制丙烯酰胺(AM);十六烷基三甲基溴化铵:分析纯;二甲基二烯丙基氯化铵(DM-DAAC):分析纯,含量60%;丙烯酸丁酯(BA):分析纯;过硫酸钾、亚硫酸钠、硅藻土:均为C. P.级。

1.2　合成

在三颈瓶中加入计量的AM、DM DAAC、表面活性剂和定量的水,放入45℃恒温水浴锅中,搅拌并使之溶解,在通氮除氧30min后加入BA和所需的引发剂,聚合保温12h后出料,即得共聚产物。将该共聚物溶解于水,再用丙酮沉析,乙醇抽提纯化,真空干燥,粉碎,即得评价分析用样品。

1.3　结构表征及性能测试

分别用Nico let-20SXB红外光谱仪、A-v ance300高分辨率核磁共振仪和乌式粘度计测定聚合物的红外光谱、核磁共振谱和特性粘数。

1.4　絮凝性能评价[12]

在100mL具塞量筒中,先加入3%浓度的硅藻土悬浮液,再加入不同浓度的絮凝剂10 m L,往返摇匀10次,静置并测定不同时间内絮

X收稿日期:2002-06-05;修订日期:2002-10-30

　基金项目:四川省青年科技基金和四川大学青年基金资助项目　作者简介:陈　鸿(1977-),男,硕士研究生.　联系人:张　熙.

凝物的高度和1h 后的界面沉降高度H max ,求得沉降时间t 1/2(界面沉降至1/2H max 所对应的时间)。再将体系静止20min,取距液面30mm 处的上清液,用722型分光光度计测定670nm 处的透光率。2　结果与讨论

2.1　P (AM -DMDAAC -BA )的结构表征

Fig.1是P(AM -DM DAAC-BA)的红外光谱图。如图所示,3423.17cm -1

是AM 酰胺基-CONH 2中NH 2反对称伸缩振动峰。2973.36cm -1

、2925.53

cm

-1

是DM DAAC 中

N +

H 3C CH 3

的C -H 不对称伸缩振动和对称伸

缩振动峰。1653.59cm -

1是酰胺基和酯基中羰基伸缩振动峰的叠合。

Fig .2　1H -NMR for P (AM -DMDAAC -BA )

Fig .2是P (AM -DM DAAC -BA )的核磁共振氢谱图。D = 1.084是BA 中-CH 2-CH 3的末端甲基的质子峰,D = 1.560是BA 的亚甲基

-CH 2-的质子峰。D =2.131是AM 中的次甲基的质子峰,D = 2.557是AM 中的次甲基质子峰。D = 3.127、3.036～2.922是DM DAAC 中

N +

H 3C

CH 3

的甲基质子峰,D =3.788、3.566～

3.545是DM DAAC 中N +

H 2C

CH 2

的亚甲基质

子峰。以上结果证实了共聚物中各单体结构单元的存在。

2.2　不同结构聚合物的絮凝性能

2.2.1　阳离子含量对絮凝性能的影响:在固定疏水单体BA 含量的情况下,通过改变阳离子单体DMDAAC 与非离子单体AM 配比制得具有不同阳离子含量的聚合物,考察其对硅藻土悬浮体的絮凝能力。

T ab.1列出阳离子单体含量与特性粘数及沉降时间t 1/2的关系,Fig.3是阳离子含量与透光率的关系曲线。在聚合物中引入适量的阳离子单体结构单元有利于提高其絮凝能力,当阳离子单体加量超过15%后,随着阳离子含量的增加,沉降时间增加,而且阳离子单体加量超过30%后,透光率开始下降。DMDAAC 属于烯丙基类单体,具有自阻聚作用,随着加量的增大,所得聚合物特性粘数减小(见T ab.1),架桥能力降低。此外,聚合物中的阳离子含量太高时,聚合物分子链被悬浮颗粒吸附的点过多,大部分成为卧式吸附,不利于高效絮凝。因此,DM -DAAC 加量在

10%～15%左右时,聚合物的絮凝效果较好。

Fig .3　Effects of DMDAAC content on transmit -tance

Tab .1　Intrinsic viscosity and settle rate of f locculant with dif ferent DMDAAC content

DM DAAC content (m ol%)010152025303540Intrin sic viscosity (dL /g )22.08414.70511.6819.50910.8377.320 4.6324 4.855S ettle time t 1/2(s )

*

14.3

14.8

17.78

15.85

16.3

39.81

33.2

*su spension is still tur bid and the interface can not be obs erved after 2h flocculating

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高分子材料科学与工程2003年