不同類型的PAM溶解性能改進(jìn)與性質(zhì)研究

馬　帥,章俊偉,聶容春

(1.安徽理工大學(xué) 土木建筑學(xué)院，安徽 淮南 232001；2.安徽理工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，安徽 淮南 232001)

?

不同類型的PAM溶解性能改進(jìn)與性質(zhì)研究

馬帥1,章俊偉1,聶容春2

(1.安徽理工大學(xué) 土木建筑學(xué)院，安徽 淮南 232001；2.安徽理工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，安徽 淮南 232001)

[摘要]目前聚丙烯酰胺研究僅局限于特性粘數(shù)的提高而忽略溶解性能的研究，本文通過不同類型聚丙烯酰胺的性能探討，同時(shí)通過表面活性劑吐溫-80、平平加、司班的添加提高產(chǎn)物的溶解性能，結(jié)果表明添加劑的添加量范圍為0.2%-0.6%，產(chǎn)物的特性粘數(shù)適宜溶解性能良好，通過紅外光譜表征符合特征結(jié)構(gòu)。

[關(guān)鍵詞]光引發(fā)；特性粘數(shù)；溶解時(shí)間

水資源污染加劇已成為各國面臨的生態(tài)危機(jī)之一，隨著工業(yè)水處理技術(shù)的不斷推進(jìn)，對(duì)污水處理的要求越來越高，同時(shí)各種處理藥劑被廣泛研究，聚丙烯酰胺作為絮凝劑被廣泛用于污水處理[1]，PAM結(jié)構(gòu)單元中含有酰胺基團(tuán)，是目前良好的水溶性高分子活性劑；在進(jìn)行絮凝過程中，通過吸附、架橋和電中和作用使顆粒沉降[2-3]。

按照PAM所帶電荷性質(zhì)可分為陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)、陰離子聚丙烯酰胺(HPAM)和兩性聚丙烯酰胺(AmPAM)[4-5]。針對(duì)如何有效地提高污水處理效率是目前絮凝劑的研究重點(diǎn)。本文在共聚合條件下通過紫外光引發(fā)方式，分別合成三種PAM，以DMC為陽離子單體、AANa作為陰離子單體，在原有的研究基礎(chǔ)上添加表面活性劑吐溫-80、平平加、司班，探究表面活性劑的添加量對(duì)產(chǎn)物特性粘數(shù)和溶解時(shí)間的影響，目標(biāo)產(chǎn)品特性粘數(shù)和溶解性能適宜。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)原料

AA，純度99%，AR，天津市博迪化工有限公司；DMC，純度78%，AR，山東淄博益利化工新材料有限公司；AM，純度98%，AR，天津市博迪化工有限公司；光引發(fā)劑，AR 實(shí)驗(yàn)室自制；所用試劑均為化學(xué)純和分析純。

1.2實(shí)驗(yàn)過程

將按照一定摩爾配比單體溶解后移入光引發(fā)劑，向體系通入氮?dú)廒呇鹾筮M(jìn)行光照引發(fā)，一段時(shí)間以后聚合完全，取一定量的產(chǎn)品進(jìn)行性質(zhì)測(cè)定。

2不同類型的PAM合成與溶解性能改進(jìn)

表1　不同類型的PAM合成條件

2.1實(shí)驗(yàn)條件探討

本課題組通過單因素和正交實(shí)驗(yàn)方法獲得三種PAM最佳實(shí)驗(yàn)條件，如表1所示[6]：

采用光引發(fā)聚合方式在最佳單因素實(shí)驗(yàn)條件下，合成不同類型PAM的性質(zhì)如表2所示，產(chǎn)物特性粘數(shù)高，AM轉(zhuǎn)化率高，陰陽離子度適宜，整體性質(zhì)指標(biāo)良好，但產(chǎn)物溶解時(shí)間較長，為了提高工業(yè)生產(chǎn)效率，有效地改進(jìn)PAM溶解性能勢(shì)在必行。

表2　合成不同類型的PAM性質(zhì)

2.2三種PAM紅外光譜表征

圖1　三種PAM的紅外光譜

圖1為實(shí)驗(yàn)合成三種PAM紅外光譜：3440cm-1為酰胺中的N-H收縮振動(dòng)峰，1570cm-1為酰胺Ⅱ中N-H彎曲振動(dòng)峰，1460cm-1為亞甲基的彎曲振動(dòng)吸收峰，1405cm-1為羧基伸縮振動(dòng)峰，950 cm-1為季銨基吸收峰，分別與三種PAM基團(tuán)特征峰一致。

2.3不同類型PAM溶解性能研究

在反應(yīng)體系添加表面活性劑吐溫-80、平平加、司班，分別考察了其添加量對(duì)產(chǎn)物特性粘數(shù)和產(chǎn)物溶解性能的影響。

圖2　表面活性劑對(duì)AmPAM特性粘數(shù)影響

圖3　表面活性劑對(duì)AmPAM溶解時(shí)間影響

圖4　表面活性劑對(duì)CPAM特性粘數(shù)影響

圖5　表面活性劑對(duì)CPAM溶解時(shí)間影響

圖6　表面活性劑對(duì)APAM特性粘數(shù)影響

圖7　表面活性劑對(duì)APAM溶解時(shí)間影響

由圖2、4、6可以看出，隨著表面活性劑添濃度的增加，三種產(chǎn)物的特性粘數(shù)均出現(xiàn)逐漸降低趨勢(shì)最后趨于穩(wěn)定；同時(shí)由圖3、5、7可以看出，隨著表面活性劑濃度的增加溶解時(shí)間逐漸降低。三種表面活性劑吐溫-80、平平加、司班中吐溫-80對(duì)產(chǎn)物的特性粘數(shù)和溶解時(shí)間的降低速率最小，司班對(duì)產(chǎn)物的特性粘數(shù)和溶解時(shí)間降低速率最大，三種表面活性劑的濃度范圍為0.2%-0.6%產(chǎn)物特性粘數(shù)和溶解時(shí)間適宜。所以在不同類型的聚丙烯酰胺的合成過程中添加表面活性劑能夠有效地提高其溶解效率。

3結(jié)論

在紫外光的引發(fā)條件下通過共聚合合成AmPAM、CPAM、HPAM，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下三種PAM特性粘數(shù)分別為765 mL/g 、680 mL/g 、1160 mL/g，反應(yīng)體系添加吐溫-80、平平加、司班三種表面活性劑能夠有效提高產(chǎn)物溶解性能降低特性粘數(shù)，表面活性劑添加范圍為0.2%-0.6%。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王晶，孫瀟，雷武，等．兩性聚丙烯酰胺的合成及應(yīng)用[J]．化工時(shí)刊，2003，17(2)：46-49.

[2]莊曦. 兩性聚丙烯酰胺乳液的制備及性能研究[D].福州：福州大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院， 2005.43.

[3]袁宗宣，鄭懷禮，舒型武.絮凝科學(xué)與技術(shù)的進(jìn)展[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2001,24(2):143-147.

[4]劉中衛(wèi)，熊蓉春，魏剛，等．兩性聚丙烯酰胺的制備及其絮凝性能研究[J]．北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，6(35)：45-46.

[5]Ding K J, Laskowski J S. Effect of conditioning on selective flocculation with polyacrylamide in the coal reverse flotation[J]. Mineral Processing and Extractive Metallurgy, 2007,116(2):109～114.

[6]馬帥. 兩性聚丙烯酰胺光引發(fā)合成與絮凝性能研究[D].淮南：安徽理工大學(xué)， 2013.1-6.

[責(zé)任編輯：江雪]

Study on the synthesis and dissolved performance of the different types of polyacrylamide

MA Shuai1, ZHANG Jun-wei1, NIE Rong-chun2

(1.School of Civil Engineering and Architecture, Anhui University of Science & Technology, Huainan 232001, China；2.School of Chemical Engineering, Anhui University of Science & Technology, Huainan 232001, China)

Abstract:The study of Polyacrylamide is confined to improved intrinsic viscosity and neglect of solubility. This paper studies the different polyacrylamide, Tween 80, peregal Secretary Ban are added in order to improve the dissolution efficiency, the results show the amount of the additive in the range of 0.2-0.6%, and the product intrinsic viscosity is suitable for good solubility, the production is characterized by IR.

Key words:Photoinitiation; intrinsic viscosity;Dissolution time

[收稿日期]2016-03-01

[基金項(xiàng)目]2015年安徽理工大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：201510361161)。

[作者簡介]馬帥(1986—)，男，江蘇宿遷人，安徽理工大學(xué)助教，主要從事化學(xué)工藝研究。

[中圖分類號(hào)]TQ314.24

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1671-5330(2016)02-0038-03