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随着社会城市化进程的不断加快,污水排放量急剧增加,随之产生了大量的污泥,其含水量高达95%99%,因此污泥处置前的污泥脱水显得十分重要。阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）絮凝剂是一类广泛用于污泥调理和脱水的药剂,通过电中和、吸附架桥、压缩双电层及电补丁等作用使带负电荷的污泥颗粒脱稳、絮凝并沉淀,显著降低污泥比阻,改善污泥脱水性能。因此开发高性能的CPAM并将其用在污泥脱水领域有着重要意义。但按照传统的制备方法所合成出来的CPAM分子中阳离子单元随机分布且过于分散,絮凝时不能为带负电的污泥胶粒提供强有力的吸附点,导致阳离子单体的电中和电补丁功能不能充分发挥,最终影响了CPAM的污泥脱水性能。为了克服这一缺陷,论文采用超声波-模板聚合技术,对阳离子单体进行分子组装,从而有效控制阳离子单体的序列结构的分布,可制备出具有阳离子微嵌段结构的CPAM,其絮凝效率得到了极大的提升。论文使用超声-模板聚合法以丙烯酰胺（AM）和（3-丙烯酰胺丙基）三甲基氯化铵（AATPAC）为聚合单体,以阴离子聚合物聚丙烯酸钠（NaPAA）作为模板剂,制备新型模板聚合物TP（AM-AATPAC）（TPAA）。考察了各单因素制备条件对聚合物分子量和转化率的影响,并通过响应面试验优化TPAA的制备条件,在此基础上探讨了模板-自由基聚合机理。模板聚合物TPAA与非模板聚合物CP（AM-AATPAC）（CPAA）的单体竞聚率、嵌段平均长度、聚合物分子组成和序列分布的测定结果证实阳离子嵌段结构合成了。通过测定模板剂与阳离子单体之间的缔合常数（KM）和反应动力学参数来分析模板聚合机理。并通过红外光谱、核磁氢（碳）谱、差热/热重和扫描电镜表征TPAA与CPAA的结构、热稳定性和表面形貌特性,分析模板聚合物的理化特性。最后,将制备的TPAA、CPAA和市售絮凝剂用于城市污泥和印染污泥的脱水与絮凝,评价TPAA的污泥脱水性能,以及阳离子微嵌段结构在絮凝过程中所起的作用,总结了TPAA在污泥脱水与絮凝过程中的机理。论文主要内容和结论如下:（1）在超声波-模板聚合过程,考察了超声波功率、超声时间、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐（VA-044）浓度、pH、AM与AATPAC摩尔比(nAM/nAATPAC)和NaPAA与AATPAC摩尔比(nNaPAA/nAATPA)单因素制备条件对模板聚合产物的分子量和转化率的影响。通过响应面分析方法探讨了对模板聚合物分子量的显著性影响因素和各因素间交互影响的显著性,并对制备参数进行了优化。分析了超声波-模板自由基引发聚合机理,主要包含模板吸附、自由基链引发、链增长、链转移以及链终止这几个过程。（2）模板聚合能够提高TPAA中阳离子单体的竞聚率。并在此基础上分析了聚合物的共聚组成、平均嵌段结构长度与嵌段分布,结果表明超声波-模板聚合能提高TPAA中AATPAC单体的转化率和平均嵌段长度,可以生成较大单元数（>1）的嵌段结构。（3）通过分析阳离子单体AATPAC与模板剂之间的缔合常数（KM）,确定了模板聚合机理属于（Ι）ZIP型。对超声波-模板聚合进行了反应动力学分析,考察了pH、总单浓度和nNaPAA:nAATPAC对TPAA的转化率（Cv）与聚合速率（Rp）的影响,实验结果也再次证实模板聚合机理的类型属于（Ι）ZIP型。（4）通过FTIR分析表明了TPAA是AM与AATPAC的聚合物。1H NMR分析表明在TPAA中形成了阳离子嵌段结构。13C NMR分析结果表明TPAA分子结构中存在AAA,AAT和TAT的序列结构。差热/热重分析表明TPAA有着较好的热稳定性,TPAA在第三个失重阶段出现的热吸双峰,再次证明了TPAA中存在嵌段结构。扫描电镜分析结果表明TPAA的表面形貌粗糙多孔。（5）在城市污泥脱水过程中,考察了投加量、pH、分子量和阳离子单体配比对聚合物絮凝效果的影响。在相同投加量条件下,TPAA的絮凝效果最优;TPAA在较广的pH范围内（pH=4.09.0）有着更优的污泥脱水性能;在一定范围内,聚合物的分子量和阳离子单体配比越大,污泥的脱水效果就越好。TPAA所对应的絮体粒径(d50)和分形维数（Df）在破碎后均大于CPAA、CPDA和市售CPMA。调理后污泥絮体的Df越高,SRF就越低,污泥的脱水效果就越好。TPAA中的阳离子嵌段结构能够极大地提高聚合物的电荷中和、电补丁以及吸附架桥作用,可对破碎后的絮体碎片的再生起到促进作用。当絮体被剪切力破坏时,这些絮体碎片在静电吸引力和电补丁的作用下会迅速聚集形成大而密实的絮体结构。（6）将TPAA应用于印染污泥脱水,考察了投加量和pH对聚合物絮凝效果的影响。实验结果表明在相同投加量和pH下,TPAA的污泥脱水效果和COD去除效果均优于CPAA、CPDA-1和CPDA-2。在投加量相同时,TPAA所对应的Zeta电位值较大,这是由于TPAA中的阳离子嵌段结构能够有效提高电荷的利用效率,能够增强电中和与电补丁作用。TPAA中含有酸碱稳定性高的酰胺键可使得其在较宽的pH范围内（pH=6.010.0）表现出较优的污泥脱水性能。在整个投加量范围内(1590 mg·L-1),TPAA所对应的絮体分形维数Df大于CPAA、CPDA-1和CPDA-2。TPAA中的阳离子嵌段结构有助于形成较大的絮体粒径与密实的絮体结构,有利于泥水分离。与此同时,大而紧凑的絮体结构之间可形成较多的疏水孔道和空隙,极大提升了印染污泥脱水的效果。