紫外光/过氧化氢联合引发阳离子聚丙烯酰胺P(AM-DMDAAC)的制备及其絮凝性能研究

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近年来,经济不断发展的同时也带来了一系列水资源问题,水质的恶化和污水排放量的增加致使污泥的产量增加,因而如何处理污泥是目前面临的一大难题。对污泥进行处理时,通常预先对污泥进行化学调理以提高它的脱水效果。其中絮凝法是一种有效的化学调理方法。絮凝法具有易于操作、设备简单、效果明显、经济性好等优势。在絮凝法中,絮凝剂至关重要,它的性能对絮凝效果影响显著。阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)正电荷密度高、单元结构稳定,可以更好的发挥吸附架桥和电中和作用,是一种非常有前景的絮凝剂,因此,阳离子聚丙烯酰胺成为目前的研究热点。目前国内外应用的CPAM仍存在一些问题,如价格比较昂贵,分子量较低,稳定性比较差等,这很大程度上与阳离子聚丙烯酰胺的引发体系和引发方式有关。因此,通过研究CPAM新型引发体系和制备方法,优化制备条件,降低CPAM的制备成本,提高CPAM的絮凝性能具有重要意义。  论文以二烯丙基二甲基氯化铵(DMDAAC)为阳离子单体,通过紫外光/过氧化氢(UV/H2O2)联合引发技术,制备得到阳离子聚丙烯酰胺P(AM-DMDAAC)。通过单因素实验和正交分析法分别研究了单体质量比、光照时间、光照强度、单体浓度、pH、引发剂浓度、尿素浓度对P(AM-DMDAAC)的特性粘度的影响,得到较佳的制备条件为:单体浓度为30%、引发剂浓度为0.5‰、m(DMDAAC)∶m(AM)=1∶4、pH值为5.5、光照时间30min、光照强度1800uW/cm2、尿素浓度0.5%。制备的聚合产物P(AM-DMDAAC)特性粘度高达18.31dL/g,分子质量高达960万,克服了DMDAAC作为阳离子单体制备得到的CPAM分子量比较低的缺陷,且聚合时间较短,制备较为经济。此外,正交实验分析表明,各因素对P(AM-DMDAAC)特性粘度影响显著性为:pH>H2O2浓度>光照时间>尿素浓度>光照强度。  对聚合产物的结构进行了差热-热重、核磁共振氢谱、红外光谱等表征,分析表明:聚合产物为单体DMDAAC和AM的共聚物,阳离子聚丙烯酰胺P(AM-DMDAAC)成功制备;差热-热重分析表明聚合产物在常温下不易分解,热稳定性良好。  通过污泥脱水实验,考察了自制P(AM-DMDAAC)絮凝剂的污泥脱水性能。研究了pH值、阳离子度、特性粘度、投加量等因素对上清液剩余浊度、Zeta电位、污泥比阻、滤饼含水率这四个污泥脱水性能指标的影响。污泥脱水实验分析表明:污泥pH值为7时,向其中添加40mg/L特性粘度为13.9dL/g、阳离子度为25%的聚合产品时,调理效果最佳,滤饼含水率、浊度分别降至71.9%、4.9NTU。电中和机理在絮凝过程中发挥了重要作用。将其与市售CPAM絮凝剂的污泥脱水效果进行对比分析,实验表明,P(AM-DMDAAC)絮凝剂的污泥脱水性能优于市售CPAM。
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