水分散型阳离子聚丙烯酰胺的合成及絮凝性能研究

重庆大学硕士学位论文阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂P(AM-DAC)的合成、表征及应用研究姓名：唐雪申请学位级别：硕士专业：环境科学指导教师：郑怀礼2010-04摘要随着我国城市化和工业化进程的加快，淡水资源日益紧张，提高污水处理效率，保护我们赖以生存的淡水资源迫在眉睫。

絮凝法是重要的污水处理方法之一，絮凝剂的种类、性质是絮凝效果好坏的关键因素。

因此絮凝剂研究是实现絮凝处理过程优化的最重要途径。

本文旨在制备分子量高、溶解性好、絮凝性能优异的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，对其合成条件和絮凝性能进行研究。

本文采用无机引发剂和偶氮有机引发剂B作为复合引发剂，通过水溶液共聚法制备了丙烯酰胺（AM）和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC）的共聚物P(AM-DAC)，优化合成条件为：温度为30℃，无机引发剂用量0.15‰、偶氮有机引发剂B用量0.5‰、单体总质量分数30%、络合剂EDTA用量0.5‰、链转移剂苯甲酸钠用量为0.5‰、阳离子度40%及增溶剂C用量0.2‰。

在该条件下，合成了分子量为1200万，残留丙烯酰胺含量为1.33%，溶解时间为3h的阳离子聚丙烯酰胺P(AM-DAC)。

红外光谱分析证实了产物的结构。

TGA-DTA分析表明P(AM-DAC)在200℃以上发生热分解，常温下稳定可靠。

初步建立了测定阳离子聚丙烯酰胺P(AM-DAC)中丙烯酰胺残留量的紫外分光光度分析方法，绘制了丙烯酰胺在无水乙醇-水溶液中的标准曲线。

该标准曲线具有良好的线性关系，在205nm处的线性回归方程为：A=0.134 C AM (mg·L-1)+0.025，回归系数为R=0.9985。

分别测定了阳离子度为30%、40%（未加增溶剂C）、40%（加增溶剂C）和50%的P(AM-DAC)中丙烯酰胺残留量，含量分别为3.15%、1.51%、1.33%和1.12%。

将自制的P(AM-DAC)用于重庆市某污水处理厂重力浓缩池的活性污泥处理，研究了阳离子度和投加量对污泥脱水效果的影响，并综合污泥脱水效果和处理成本两个因素，将自制的P(AM-DAC)与国内污水处理厂常用的四种絮凝剂进行了比较。

三元共聚阳离子型聚丙烯酰胺乳液合成及性能研究徐景峰【摘要】以丙烯酰胺(AM)、自制的阳离子单体(E-AM)及二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为原料,以聚乙二醇(PEG)水溶液为分散剂,氧化还原剂为引发剂,采用双水相聚合法合成了三元共聚阳离子型聚丙烯酰胺乳液P(AM/E-AM/DMDAAC).用FT-IR对其结构进行表征,并对聚合物稳定性、残留单体及絮凝效果进行评价.实验结果表明,AM为20 g,E-AM为4 g,DMDAAC为1.8 g,w(单体)=17％,获得的乳液产品溶解速度快,黏度低、稳定性好,使用方便,单体残留量小于0.9％.对模拟污水,聚合物添加量为4 mg·L-1时表现出很好的絮凝效果.【期刊名称】《浙江化工》【年(卷),期】2019(050)008【总页数】3页(P11-13)【关键词】三元共聚物;双水相聚合;稳定性;絮凝【作者】徐景峰【作者单位】常州工程职业技术学院制药与环境工程学院, 江苏常州 213164【正文语种】中文目前大量的阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）仍是固体产品[1]，然而双水相分散聚合法制备阳离子聚丙烯酰胺乳液产品的优越性开始得到商家的重视，陆续出现用该方法合成的絮凝剂[2-3]。

相对于固体产品，乳液产品在造纸、水处理等领域中使用更加便捷，不需要专用的溶解装置，经过一定的稀释后可直接使用，应用前景广泛。

常用的阳离子聚丙烯酰胺乳液一般由丙烯酰胺（AM）和阳离子单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC）合成。

DMC和DAC价格比较高，多依赖进口，存在成本问题。

本文采用自制的阳离子单体，以聚乙二醇（PEG）为分散剂[4]，以氧化还原剂为引发剂，通过双水相分散聚合，提供了一种三元阳离子聚丙烯酰胺乳液产品，该产品生产成本降低、乳液稳定、絮凝效果好。

1 实验部分1.1 试剂与仪器阳离子单体w（E-AM）=50%，实验室自制；二甲基二烯丙基氯化铵w （DMDAAC）=60%，工业品，宜兴凯米拉化学品有限公司；丙烯酰胺（AM），上海麦克林生物有限公司；聚乙二醇（PEG），分子量20000，江苏永华精细化学品有限公司；β-二甲氨基丙腈、过硫酸铵、甲醛次亚硫酸钠，江苏强盛功能化学股份有限公司，均为分析纯。

阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备及表征
离子聚丙烯酰胺絮凝剂( IPN) 被广泛应用于石油改性、界面活性剂、分离剂、
液体稳定剂等领域。

离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备成本低、制备过程控制更为容易、制备条件可控性强等，使得其广大的应用。

本实验乃以阴离子聚丙烯酰胺为原料，运用溶剂热法制备阴离子聚丙烯酰胺絮凝剂，用采用傅里叶变换红外光谱
（FTIR）和X射线衍射（XRD）等手段对所制备的离子聚丙烯酰胺絮凝剂进行
表征，进一步探究通过改变溶剂类型和添加剂类型等因子的影响，对制备的离子聚丙烯酰胺絮凝剂的性质及应用提出建议。

实验步骤：
1、将阴离子聚丙烯酰胺和溶剂分别放入烧瓶中；
2、加热搅拌，将其混合成半流动固体；
3、将调配好的混合物倒入容器，置于水浴煮沸，不停搅拌；
4、添加所选择的表面活性剂，一直搅拌至混合物凝固；
5、将凝固物完全收集到一容器中，然后冰镇至室温；
6、运用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）等手段对所制备的离子聚丙烯酰胺絮凝剂进行表征；
7、将制备的离子聚丙烯酰胺絮凝剂与水相混合，观察沉淀情况；
8、对制备的离子聚丙烯酰胺絮凝剂的性能进行测试，查看其对不同溶剂、不同表面活性剂等因子下的结果，并进行技术经济分析；
9、收集实验数据，拟合出效价曲线，得出实验结论。

分散法制备阳离子聚丙烯酰胺（CPF）及应用的开题报告一、研究背景和意义阳离子聚丙烯酰胺（CPF）是一种高分子有机化合物，具有良好的水溶性、保湿性、黏合性和吸附分离性，被广泛应用于纸浆、皮革、印染、药品、化妆品等领域。

传统的制备方法主要为溶液聚合法、微乳液聚合法和乳液聚合法等。

这些方法在实际生产中存在着很多问题，例如反应速度慢、产物杂质多、成本高等。

因此，寻求一种简单、高效、节能的制备方法是非常必要的。

分散法是一种新颖的高分散聚合法。

该方法具有反应速度快、产物纯度高、催化剂用量少等优点，因此在应用上具有重要的价值。

近年来，分散法制备CPF也逐渐得到了广泛关注。

本研究旨在通过分散法制备CPF，并进一步探讨其应用领域。

二、研究内容本研究将采用分散法制备CPF，具体研究内容包括：1. 原料的选择与处理：选用聚丙烯酰胺单体、过氧化氢等原料，并对原料进行适当处理，保证制备的CPF纯度和性能。

2. 反应条件的优化：探究适宜的反应温度、反应时间、催化剂用量等反应条件，以获得较好的产物质量。

3. CPF的表征与分析：利用FTIR、NMR等表征手段对制备得到的CPF进行表征，分析其结构、组成和性质。

4. 应用研究：选取纸浆、皮革、药品等领域，评价CPF的应用性能。

三、预期研究结果通过分散法制备得到纯度高、颗粒度小、分散性好的CPF，并对其进行表征和分析。

根据研究结果，进一步探讨CPF在纸浆、皮革、药品等领域的应用前景，为CPF的实际应用提供理论和实验基础。

四、研究难点和解决方法1.CPF的制备难点：CPF的聚合反应具有不确定性和复杂性，需要对反应条件和催化剂选择进行深入研究和优化。

解决方法：采用分散法制备CPF，对反应条件进行系统优化，如控制反应温度、时间和催化剂用量，以使产物纯度和分散性达到最优。

2. CPF的表征难点：CPF的结构复杂、分子量大，符合FTIR、NMR等表征手段的条件较苛刻，需要制备合适的样品。

解决方法：在制备CPF的过程中，采用纯度高、质量稳定的原料，控制反应条件，保证产物质量，制备出符合表征手段条件的样品。

2008年第27卷第6期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·887·化工进展阳离子聚丙烯酰胺反相胶乳的制备及其絮凝性能惠泉，刘福胜，于世涛（青岛科技大学化工学院，山东青岛 266042）摘要：以丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为单体，通过反相乳液聚合法制备了絮凝性能优异的阳离子聚丙烯酰胺反相胶乳。

考察了乳化剂浓度、引发剂浓度、单体浓度及阳离子度对聚合物分子量和粒子粒径的影响，并研究了污泥pH值、污泥温度和聚合物用量等条件对絮凝性能的影响。

得到的较佳条件是：乳化剂质量分数7.3%，引发剂质量分数0.02%、单体质量分数45%、阳离子度25%，在上述较佳条件下所得聚合物的黏均分子量为339.2万，粒子粒径均低于70 nm；污泥pH值为5～6，聚合物用量为0.057%的条件下污泥的絮凝率达62.2%，脱水率达82%。

关键词：阳离子聚丙烯酰胺；丙烯酰胺；反相胶乳；絮凝性能中图分类号：O 632.6 文献标识码：A 文章编号：1000–6613（2008）06–0887–05 Preparation and flocculating performance of inverse emulsion of cationicpolyacrylamideHUI Quan，LIU Fusheng，YU Shitao(College of Chemical Engineering，Qingdao University of Science and Technology，Qingdao 266042，Shandong, China) Abstract: Cationic polyacrylamide was prepared by inverse emulsion copolymerization using acrylamide (AM) and methacryloyloxyethyltrimethyl ammonium chloride (DMC) as monomers. The influences of the factors, such as emulsifier concentration, initiator concentration, monomer concentration and cationic degree, on the molecular weight and particle size of polymer were investigated. The effects of pH and temperature of waste water and polymer dosage on flocculating results were studied in flocculating experiment. The obtained optimum conditions were emulsifier weight fraction 7.3%, initiator weight fraction 0.02%, monomer weight fraction 45% and cationic degree 25%. Under the above conditions，the molecular weight and particle size of polymer were 339.2×104 and smaller than 70 nm respectively. And the flocculating rate and dewatering rate were 62.2% and 82% respectively under the conditions of wastewater pH 5—6 and polymer dosage 0.057%.Key words: cationic polyacrylamide；acrylamide；inverse emulsion；flocculating performance近年来，国民经济的快速发展导致水污染物排放总量明显超过环境容量，水污染问题已经成为制约经济发展、危害群众健康、影响社会稳定的因素之一。

阳离子聚丙烯酰胺的合成方法丙烯酰胺通过自由基聚合反应制备得到的共聚物或者均聚物即为聚丙烯酰胺及其衍生物。

根据反应介质中单体的分散状态，合成方法可以分为溶液聚合、乳液聚合、悬浮聚合和本体聚合；根据聚合物和单体在反应介质中的溶解状态，又可以分成非均相聚合和均相聚合，下面着重介绍三种常用的阳离子聚丙烯酰胺合成方法。

1、水溶液聚合法在CPAM 的生产过程中，水溶液聚合法是研究时间最早、工业化生产最成熟的聚合方法，也是目前聚丙烯酰胺类的生产厂家主要采用的聚合方法。

它是将引发剂、丙烯酰胺和阳离子单体溶于水中形成均相体系后，在引发剂的诱导作用下进行的聚合反应。

诸多研究人员围绕水溶液聚合的反应温度、引发体系及单体浓度等影响因素开展了一系列科学研究。

以DMDAAC和AM作反应单体，以K2S2O8/ NaHSO3为复合引发剂，通过水溶液聚合法制备阳离子聚丙烯酰胺P（AM-DMDAAC）。

对产物结构进行了红外光谱(FTIR)和核磁共振氢谱(1H NMR)表征，证明聚合物的成功合成。

通过考察各单因素对聚合产物分子量的影响，从而确定了最佳反应条件为：引发剂用量0.05%，单体浓度30%，W DMDAAC:W AM=0.5:1，W K2S2O8:W NaHSO3=1:0.7，聚合温度5℃，聚合时间60min。

用偶氮引发剂和氧化还原引发剂共同组成复合引发体系，通过水溶液聚合引发AM 和DMC 反应，成功制得了特性粘度10.59dL/g，溶解时间20min 的阳离子型聚丙烯酰胺。

将AM，DMDAAC和丙烯酸丁酯（BA）作为反应单体，通过自由基聚合制备得到了一种疏水缔合型的阳离子聚(丙烯酰胺-co-二甲基二烯丙基氯化铵-co-丙烯酸丁酯) [P(AM-DMDAAC-BA)]，核磁共振氢谱表征结果证明合成的为疏水缔合阳离子共聚物，热重分析(TG)结果表明该共聚物具有良好的热稳定性。

以AM和DMC为共聚单体，以氧化还原引发剂( NH4) 2S2O8/ NaHSO3和偶氮类引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)组成复合引发体系，通过水溶液聚合法制备CPAM，系统探究了反应条件对聚合产物的影响，得到制备较高分子量CPAM 的最佳工艺参数为单体总质量分数35%，氧化还原引发剂用量0.06%，偶氮引发剂用量0.09%，尿素用量1.5%，EDTA-2Na用量1.5%。

高分子量阳离子聚丙烯酰胺的合成方法及优化阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂作为有机高分子絮凝剂已被广泛应用于污泥脱水、工业废水及市政污水的处理。

目前，阳离子聚丙烯酰胺系列产品絮凝剂在美国、日本、欧洲各国的用量已占有机絮凝剂总量的75%～80%。

近年来，国内对阳离子聚丙烯酰胺系列絮凝剂的市场需求在不断增加，但在应用方面，大多局限于污水及污泥处理，用于饮用水源处理的研究较少；在使用过程中，存在价格昂贵、缺乏成品的质检和有效的卫生监控等问题，使得絮凝剂的卫生安全存在较大隐患。

在一些情况下和一定范围内，阳离子聚丙烯酰胺的分子量越大，处理效果越好。

阳离子聚丙烯酰胺对原水处理中部分常规处理工艺难以去除的有机污染物有较好的去除效果，但由于聚丙烯酰胺产物中存在未聚合的丙烯酰胺单体，丙烯酰胺是一种水溶性、具有神经毒性和遗传毒性的致癌物，极大的限制了其在原水处理中的应用。

1、阳离子聚丙烯酰胺的合成方法控制反应温度为25℃，将一定量的AM、DAC、偶氮引发剂A及各种助剂用蒸馏水溶解、搅拌均匀后，转移到三颈瓶中，通入氮气驱氧10min后，加入氧化剂，继续通氮气10min，再加入还原剂，5min后停止通氮气，密闭聚合，反应5h后得到白色透明胶体状阳离子聚丙烯酰胺。

2、CPAM的合成条件优化（1）有机偶氮引发剂A用量对聚合反应的影响固定其他条件，研究了偶氮引发剂A的用量对产物相对分子质量和溶解性影响。

A的用量对产物相对分子质量和溶剂性影响显著。

用量过少时，产物的分子量较低，这是由于A分解产生的自由基浓度过低，不能继续引发单体的聚合，致使单体反应不完全。

用量过多时，产生自由基速率较快，聚合速度提高，聚合物会发生亚胺化交联，使聚合物中的线性分子成分减少，溶解性降低，分子量也相应下降。

实验确定偶氮引发剂A的最佳用量为0.5‰。

（2）氧化还原引发剂用量对聚合反应的影响偶氮引发剂A适合在中高温条件下引发;而氧化还原引发体系可使体系的活化能降至50～60kJ/mol，可在较低的温度(0～30℃)下引发聚合，但单独使用氧化还原引发剂又存在反应时间过长、反应不彻底、引发效率低、产物溶解性差等缺点。

阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备及其絮凝性能卢红霞;刘福胜;于世涛;王志萍【期刊名称】《化工环保》【年(卷),期】2007(027)004【摘要】研究了丙烯酰胺(AM)与丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚反应制备阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的工艺.实验结果表明,最佳聚合条件:pH 6.0、(NH4)2S2O8和CH3NaO3S·2H2O总质量分数0.0125%、(NH4)2S2O8与CH3NaO3S·2H2O 质量比 1.0、偶氮类化合物质量分数 0.0125%、单体质量分数(AM和阳离子单体总质量占整个反应体系的质量分数)35%、阳离子度(阳离子单体占AM和阳离子单体之和的质量分数)30%、反应温度25 ℃.在最佳条件下,所得阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的特性黏数为13.853 5 dl/g,在其加入量为0.027%的条件下处理污泥,上层清液透光率达99.6%,污泥脱水率达90.5%.并用红外光谱对阳离子聚丙烯酰胺的结构进行了表征.【总页数】5页(P374-378)【作者】卢红霞;刘福胜;于世涛;王志萍【作者单位】青岛科技大学化工学院,山东青岛,266042;青岛科技大学化工学院,山东青岛,266042;青岛科技大学化工学院,山东青岛,266042;青岛科技大学化工学院,山东青岛,266042【正文语种】中文【中图分类】TQ314.253【相关文献】1.疏水改性阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备及其絮凝性能 [J], 张鹏;王洪运;秦绪平2.阳离子聚丙烯酰胺反相胶乳的制备及其絮凝性能 [J], 惠泉;刘福胜;于世涛3.反相乳液聚合制备阳离子聚丙烯酰胺及其絮凝性能评价 [J], 罗跃;王志龙;郑力军;吴雄军;毛紫楠4.反相乳液聚合制备阳离子聚丙烯酰胺及其絮凝性能评价 [J], 罗跃;王志龙;郑力军;吴雄军;毛紫楠5.疏水改性阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备及絮凝性能测试 [J], 王春晓;陈平清;张小凤因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。