论文部分内容阅读
阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）是一种在污水处理和污泥脱水中应用广泛的有机高分子絮凝剂，能够通过电中和、吸附架桥等作用使带负电的杂质颗粒脱稳聚集，进而通过沉淀去除，具有投加量低、絮凝效率高、性能稳定等优点。CPAM的制备一般要在引发剂的作用下进行，然而，传统的引发方式如热引发等存在引发时间长、聚合效率低、成本高等缺点。因此，研究新型的引发方式进而制备性能优良的CPAM成为当前研究的热点问题。表面光催化主要用于有机废水的催化降解处理，近几年来开始用于复合材料的合成以及聚合物的制备，在高能量光子的作用下，光催化剂能够产生大量羟基自由基，从而在其表面附近快速、高效地引发单体聚合，聚合效率高、聚合速度快、同时成本低廉。目前，这种引发方式在CPAM的合成共聚中应用较少，因而对其研究具有重要意义。
论文旨在通过水溶液聚合法，以纳米二氧化钛（Nano-TiO2）为引发剂，尿素作为增溶剂，采用表面光催化引发丙烯酰胺（AM）和甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵（DMC）单体共聚，合成聚合物NT-P（AM-DMC）（NT-PAD），并通过一系列表征手段对聚合物性能进行探讨。在絮凝实验中，以高岭土悬浮液和市政生活污泥作为处理对象，探讨了NT-PAD的絮凝效果，主要内容和结论如下：
①在表面光催化引发单体聚合的过程中，分析了Nano-TiO2的引发机理。通过单因素实验探讨了Nano-TiO2浓度、单体总质量分数、DMC单体质量分数、体系pH值、引发时间以及增溶剂尿素浓度六个因素对产物NT-PAD特性粘度以及转化率的影响。采用响应面分析的方法研究了其中部分因素对产物特性粘度的影响程度，优化了制备条件。
②在NT-PAD的表征过程中，采用傅里叶变换红外光谱分析（FTIR）、核磁共振氢谱分析（1H NMR）表征了产物的官能团结构，结果表明合成单体的相关官能团均出现在聚合物中，AM和DMC成功聚合。采用热重-差热（TG/DSC）分析了产物的热稳定性，结果表明NT-PAD热稳定性良好，在200℃以下不会分解。采用扫描电镜分析（SEM）表征了产物的微观结构，结果表明产物具有凹凸不平的表面形态及较大的比表面积。
③以高岭土悬浮液为处理对象，浊度去除率为指标，探讨了NT-PAD特性粘度、投加量、悬浮液pH对絮凝效果的影响。结果表明NT-PAD的特性粘度越大，浊度去除率越高，絮凝效果越好。NT-PAD能够较低的投加量下取得更好的絮凝效果。Zeta电位分析表明NT-PAD具有更强的电中和以及电补丁能力。NT-PAD具有较强的耐酸碱性，能够在pH值为2.0~11.0范围内取得稳定的处理效果。与市售有机/无机絮凝剂进行了对比实验，结果表明NT-PAD的絮凝效果要优于其他两种絮凝剂。最后，通过探究各个因素对高岭土悬浮液浊度去除率的影响，推断出了NT-PAD可能存在的絮凝机理。
④在污泥脱水实验中，以污泥含水率（FCMC）、上清液浊度（RTS）和污泥比阻（SRF）为指标，探讨了NT-PAD的特性粘度、投加量等因素对脱水效果的影响。结果表明NT-PAD的特性粘度越高，经絮凝调理后的污泥脱水效果越好。NT-PAD的最适pH值为6.0~7.0，在此范围内能够以较少的投加量取得更好的脱水效果。对上清液Zeta电位的研究表明NT-PAD具有更强的电中和以及电补丁能力。将NT-PAD与市售有机絮凝剂进行对比实验，测定了絮凝后的污泥粒径，结果表明经NT-PAD絮凝调理后的污泥絮体粒径更大，脱水效果更好。最后，通过研究各个因素对脱水效果的影响，推断出了NT-PAD可能存在的絮凝脱水机理。
论文旨在通过水溶液聚合法，以纳米二氧化钛（Nano-TiO2）为引发剂，尿素作为增溶剂，采用表面光催化引发丙烯酰胺（AM）和甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵（DMC）单体共聚，合成聚合物NT-P（AM-DMC）（NT-PAD），并通过一系列表征手段对聚合物性能进行探讨。在絮凝实验中，以高岭土悬浮液和市政生活污泥作为处理对象，探讨了NT-PAD的絮凝效果，主要内容和结论如下：
①在表面光催化引发单体聚合的过程中，分析了Nano-TiO2的引发机理。通过单因素实验探讨了Nano-TiO2浓度、单体总质量分数、DMC单体质量分数、体系pH值、引发时间以及增溶剂尿素浓度六个因素对产物NT-PAD特性粘度以及转化率的影响。采用响应面分析的方法研究了其中部分因素对产物特性粘度的影响程度，优化了制备条件。
②在NT-PAD的表征过程中，采用傅里叶变换红外光谱分析（FTIR）、核磁共振氢谱分析（1H NMR）表征了产物的官能团结构，结果表明合成单体的相关官能团均出现在聚合物中，AM和DMC成功聚合。采用热重-差热（TG/DSC）分析了产物的热稳定性，结果表明NT-PAD热稳定性良好，在200℃以下不会分解。采用扫描电镜分析（SEM）表征了产物的微观结构，结果表明产物具有凹凸不平的表面形态及较大的比表面积。
③以高岭土悬浮液为处理对象，浊度去除率为指标，探讨了NT-PAD特性粘度、投加量、悬浮液pH对絮凝效果的影响。结果表明NT-PAD的特性粘度越大，浊度去除率越高，絮凝效果越好。NT-PAD能够较低的投加量下取得更好的絮凝效果。Zeta电位分析表明NT-PAD具有更强的电中和以及电补丁能力。NT-PAD具有较强的耐酸碱性，能够在pH值为2.0~11.0范围内取得稳定的处理效果。与市售有机/无机絮凝剂进行了对比实验，结果表明NT-PAD的絮凝效果要优于其他两种絮凝剂。最后，通过探究各个因素对高岭土悬浮液浊度去除率的影响，推断出了NT-PAD可能存在的絮凝机理。
④在污泥脱水实验中，以污泥含水率（FCMC）、上清液浊度（RTS）和污泥比阻（SRF）为指标，探讨了NT-PAD的特性粘度、投加量等因素对脱水效果的影响。结果表明NT-PAD的特性粘度越高，经絮凝调理后的污泥脱水效果越好。NT-PAD的最适pH值为6.0~7.0，在此范围内能够以较少的投加量取得更好的脱水效果。对上清液Zeta电位的研究表明NT-PAD具有更强的电中和以及电补丁能力。将NT-PAD与市售有机絮凝剂进行对比实验，测定了絮凝后的污泥粒径，结果表明经NT-PAD絮凝调理后的污泥絮体粒径更大，脱水效果更好。最后，通过研究各个因素对脱水效果的影响，推断出了NT-PAD可能存在的絮凝脱水机理。