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有机两性共聚高分子絮凝剂pDMDAAC-FA的合成、表征与应用研究

作　者: 廖乾邑
导　师: 朱明
学　校: 四川师范大学
专　业: 环境科学
关键词: 有机两性高分子絮凝剂 二甲基二烯丙基氯化铵 富马酸 聚合动力学 絮体回用 絮体结构 分形维数
分类号: O631.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


絮凝剂是絮凝法水处理技术的核心。有机两性高分子絮凝剂由其结构特征而备受关注。目前在水处理方面应用最广泛的絮凝剂是聚丙烯酰胺（pAM）及其改性产物,而丙烯酰胺单体具有神经毒性和“三致”效应（致畸、致癌、致突变）,因此探索无毒有机高分子絮凝剂及其清洁聚合方法是目前研究热点。DMDAAC是美国公共卫生署（U.S.P.H.S）批准用于饮用水净化处理的唯一合成阳离子季铵盐聚电解质单体,基于此本文以DMDAAC为阳离子单体,选择富马酸为阴离子单体,采用清洁化的水溶液共聚合方法得到pDMDAAC-FA。主要进行了以下几个方面的研究:1.以DMDAAC和FA为单体进行水溶液聚合,采用均匀设计法,通过SAS软件对数据进行多元逐步回归。回归方程关于单体、引发剂和助剂对共聚合转化率的影响: y = -244.4+9.2843 X1-0.06745X12+38.010X3;DMDAAC浓度是影响共聚反应转化率的最重要因素,其次是引发剂,在研究范围内两者与转化率呈增函数关系;回归方程关于单体、引发剂和助剂对聚合物特性粘数的影响y = -0.1270+0.00438X1+0.00454 X1 X3+0.06745X22;DMDAAC浓度是影响pDMDAAC-FA特性粘数的最重要因素,其次是引发剂和FA的浓度,其中DMDAAC单体和引发剂存在交互影响,在研究范围内两者与共聚物特性粘数呈增函数关系。2.采用滴定法测定了共聚物溶液性质,证实高聚物为两性高分子;通过IR及1HNMR表征了共聚物的结构,证实共聚合产物是pDMDAAC-FA。通过GPC得到聚合物的重均分子量5.7×104。3.通过基团供献法对DMDAAC/FA共聚合进行了热力学估算,DMDAAC/FA在反应温度低于788K（515℃）时,△G la < 0,共聚合反应在热力学上是可行的;采用膨胀计法研究了DMDAAC/FA的共聚合动力学,得到共聚合动力学方程如下:Rp∝[DMDAAC-IA]3.93 [K2S2O8]1.01,表明链终止是单基终止和双基终止并存,表观活化能为24.99kJ/mol。4.将pDMDAAC-FA用于处理印染废水研究。pDMDAAC-FA投加量为80mg/L时,CODCr、色度去除率分别是65.06%,93.90%;考察了分子量及pH对絮凝效果的影响,处理该印染废水上分子量达到一定值才有絮凝效果,同时具有较宽的pH适用范围;通过复配能够在降低用量的情况下提高印染废水的CODCr去除率;用量pDMDAAC-FA（400mg/L）和PFS（60mg/L）,CODCr去除率达到77.8%;絮体回用可以节约絮凝剂的用量,得到（絮体回用量:100%,有机高分子:50mg/L,无机高分子:300mg/L）,CODCr、色度去除率达分别为75.2%、96.3%,处理前废水生化性BOD5/CODCr=0.15,使用絮体回用处理废水BOD5/CODCr增大,BOD5/CODCr=0.35,可生化性明显提高,为废水的后续处理创造了良好的条件,同时絮凝剂的投加量减小,降低了废水处理的药剂成本。5.采用非线性分形理论,通过图像分析软件对絮体结构进行分析。得到有机两性高分子絮凝剂pDMDAAC-FA处理废水得到的絮体比无机PFS得到的更加紧密,絮体厚度较大,絮体粒径较大,分布范围窄。得到pDMDAAC-FA、PFS的二维分形维数分别为1.7017、1.6928。可以得出有机两性高分子絮凝剂通过高分子链网铺产生的絮体较大,絮体空隙率较小,絮体较为密实。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-11
1 绪论  11-36
  1.1 前言  11
  1.2 絮凝剂的分类及发展  11-17
    1.2.1 无机絮凝剂  11-13
    1.2.2 微生物絮凝剂  13-14
    1.2.3 有机高分子絮凝剂  14-17
  1.3 有机两性高分子絮凝剂  17-23
    1.3.1 研究现状  17-18
    1.3.2 DMDAAC、FA 共聚合研究  18-20
    1.3.3 聚合理论研究  20-23
  1.4 絮凝机理  23-29
    1.4.1 颗粒物的双电层理论  23-24
    1.4.2 胶体的稳定性理论一DLVO 理论  24-25
    1.4.3 凝聚絮凝作用机理  25-27
    1.4.4 有机高分子絮凝剂絮凝作用机理  27-28
    1.4.5 聚铁类高分子絮凝剂与两性有机高分子絮凝剂的复配机理  28-29
  1.5 絮体结构的研究及分形的基本理论  29-30
  1.6 印染废水及处理研究  30-34
    1.6.1 印染废水的危害  31
    1.6.2 印染废水的处理  31-34
  1.7 本课题研究的重要意义及主要内容  34-36
    1.7.1 本课题研究的重要意义  34
    1.7.2 本课题研究的内容  34
    1.7.3 论文创新点  34-36
2 DMDAAC/FA 的共聚合与表征  36-56
  2.1 前言  36
  2.2 共聚合原理  36-40
    2.2.1 共聚合反应  36-37
    2.2.2 反应机理  37-40
  2.3 试验部分  40-43
    2.3.1 实验试剂与仪器  40-41
    2.3.2 聚合方法  41
    2.3.3 实验方法  41-43
  2.4 结果与讨论  43-54
    2.4.1 聚合试验设计及结果  43-45
    2.4.2 数据处理  45-52
    2.4.3 聚合物离子类型的定性测定  52
    2.4.4 溶解度测定  52
    2.4.5 红外光谱（IR）  52-53
    2.4.6 核磁共振（1HNMR）  53
    2.4.7 凝胶渗透色谱(GPC)  53-54
  2.5 本章小结  54-56
3 DMDAAC/FA 共聚合的动力学研究  56-64
  3.1 前言  56
  3.2 试验原理  56-58
    3.2.1 共聚合热力学估算  56-57
    3.2.2 动力学参数  57-58
  3.3 试验部分  58-60
    3.3.1 试验主要试剂及仪器  58-59
    3.3.2 试验方法  59-60
  3.4 结果与讨论  60-63
    3.4.1 DMDAAC/FA 共聚合热力学估算  60
    3.4.2 DMDAAC/FA 共聚合动力学  60-62
    3.4.3 共聚合动力学特征分析  62-63
  3.5 本章小结  63-64
4 共聚物pDMDAAC-FA 处理印染废水  64-86
  4.1 印染废水的特征  64-65
  4.2 试验部分  65-67
    4.2.1 试验药品及主要仪器  65
    4.2.2 试验方法  65-67
  4.3 结果与讨论  67-81
    4.3.1 市售絮凝剂应用于处理印染废水  67-69
    4.3.2 无机絮凝剂应用于处理印染废水  69-70
    4.3.3 pDMDAAC-FA 应用于处理印染废水  70-77
    4.3.4 PFS 与pDMDAAC-FA 复配处理废水  77-79
    4.3.5 絮体回用  79-81
  4.4 絮体结构分析  81-84
  4.5 本章小结  84-86
5 结论与展望  86-88
  5.1 结论  86-87
  5.2 展望  87-88
参考文献  88-101
致谢  101-102
研究生阶段科研成果  102-103

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 高分子化学（高聚物） > 高分子物理和高分子物理化学 > 高聚物的化学性质
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