制備陰離子聚丙烯酰胺影響因素的研究.

1、 s types proved it.化學工程師Sum 118N o 17Chem ical Engineer 2005年 7 月文章編號 :1002-1124(2005 07-0005-03科研與開發(fā)制備陰離子聚丙烯酰胺影響因素的研究周 華, 胡 瑞, 李田霞 , 陳存華 , 羅再剛(華中師范大學化學學院 , 湖北武漢 430079摘 要:采用新型氧化 -還原體系 , 以丙烯酰胺 (AM 和丙烯酸 (AA 為單體共 聚得到陰離子聚丙烯酰胺 (HPAM 。研究了 E DT A 用量、反應溫度等對 HPAM 制 備的影響。結(jié)果表明 :E DT A 用量、反應溫度等直接影響到 HPAM 的分子量高

2、低 與溶解性好壞。用傅立葉紅外光譜儀對一定工藝條件下所得產(chǎn)物進行表征 , 證明可 得到分子量高且溶解性能好的 HPAM 。關鍵詞 :聚丙烯酰胺 ; 丙烯酰胺 ; 丙烯酸 ; 影響因素中圖分類號 :TQ 314. 253 文獻標識碼 :AI nfluencing factors on prep aration ZH OU Hua ,H U Rui , LI T ian -ai -gang(Department of Chem , Wuhan 430079,ChinaAbstract :Anion acrylamide and propenoic acid as the m onomers wit

3、h a newsystem. The of to HPAM were studied. The results showed that these factors in flu2enced the olution ability directly. And in fra -red spectra apparatuK ey w :;acrylamide ;acrylic acid ;in fluencing jactors陰離子聚丙烯酰胺 (HPAM 在污水處理中是一類應用非常廣泛的有機高分 子物質(zhì), 其高分子鏈上所帶的活性酰胺基團 , 陰離子羧基基團可以和多種物質(zhì)發(fā)生物理、化學反應 , 用 其

4、作為絮凝劑具有用量少、效果好的特點。目前 , 作為有機絮凝劑的高分子聚丙烯酰胺系列產(chǎn)品在美國、日本、歐洲各國的用量已占有機絮凝劑總量的75% 80%左 右1。陰離子聚丙烯酰胺的合成方法主要有均聚法和共聚法 , 目前, 國內(nèi)的聚丙烯酰胺工業(yè)生產(chǎn)大都采用均聚共水解或均聚后水解工藝。其缺點在于工藝復雜; 水解度難 以控制; 生產(chǎn)過程中放出大量的氨 , 腐蝕設備 , 污染環(huán)境。而共聚法沒有水解工序 , 生產(chǎn)周期短 , 無污染; 尤其近年來隨著丙烯酸生產(chǎn)成本的降低和質(zhì)量的提高 , 使得用 丙烯酰胺與丙烯酸共聚生產(chǎn)陰離子聚丙烯酰胺成為當前研究的重點 2 。本文旨在 研究在某種氧化 -還原引發(fā)體系下 , 制

5、備高分子量速溶陰離子聚丙烯酰胺的影響因 素。1 實驗部分1. 1 主要儀器及試劑PH B -1型 pH 計(上海宇隆儀器有限公司 ;烏氏粘度計; 電子天平; 超級恒溫水浴 ; PE S pectrum -2000傅立葉紅外光譜儀。丙烯酰胺(AM (C. R. ; 丙烯酸(AA (C. R. 經(jīng)減壓蒸餾 -重結(jié)晶方法提純 ; 氫氧 化鈉、CT A 、E DT A 等其它試劑均為化學純 ; 引發(fā)劑自配。:制備陰離子聚丙烯酰胺影響因素的研究2005年第1. 2 實驗步驟在反應器中加入配好的反應液 , 通入高純氮氣以驅(qū)除氧氣 , 加入引發(fā)劑引發(fā)反 應。反應結(jié)束后取出產(chǎn)物測定其固含量 3、特性粘數(shù) 4、

6、水解度 5 、分子量 6。2 結(jié)果與討論2. 1 E DT A 用量對HPAM 分子量的影響從圖1可以看出, 隨著E DT A 用量的增加, 產(chǎn)物分子量迅速增大 ; 達到一定量 后, 再增加其用量 , 產(chǎn)物分子量反而下降。這是因為 , E DT A 的作用是絡合反應液中 的雜質(zhì), 有利于產(chǎn)物分子量的增大。當 E DT A 用量達到一定值后 , 反應液中雜質(zhì)的 影響已收稿日期 :2005-04-22作者簡介:周華（1978- , 男, 碩士研究生 , 主要從事水處理化學藥劑方面的研究。06 周 華等經(jīng)不大, 此時E DT A 反而起到了分散劑的作用 , 導致產(chǎn)物分子量的下降。因此 , 控制E D

7、T A 用量在 1210-4g ? L -1比較好引發(fā)劑102/g ? L -1圖 3 引發(fā)劑用量對 HPAM 分子量的影響2. 4 單體配比對 HPAM 分子量的影響E DT A 104/g ? L -1AA =由于兩種單體竟聚力的差異 AM =1. 0、0. 357, 從圖 4可以看出, AM 比例的升高, HPAM 圖1 E DT A 用量對 HPAM 分子量的影響2. 2 反應溫度對 HPAM分子量的影響選擇 R =反應溫度/圖 2 反應溫度對 HPAM 分子量的影響R =n (AA /n (AM由圖 2可以看出 , 隨著反應溫度的升高 , 產(chǎn)物的分子量先升高而后逐漸下降。這 可能是由

8、于在低溫條件下 , 自由基產(chǎn)生緩慢 , 誘導期長 , 從而有利于鏈增長反應而得 到高分子量的產(chǎn)物。但反應溫度過低 , 容易造成反應太慢 , 以致在給定時間內(nèi)部分原 料未參與反應而得不到高分子量的產(chǎn)物。隨著反應溫度的升高 , 反應初期產(chǎn)生的自 由基越多 , 反應速度過快 , 導致產(chǎn)物分子量降低。因此 , 反應溫度控制在 2426較 合適。圖 4 單體配比對 HPAM 分子量的影響2. 5 單體總濃度的影響定條件下, 改變單體總濃度 , 所得HPAM 的分子量與溶解性見表 1。表 1 單體總濃度的影響單體總濃度 /%分子量 10-7溶解性251. 511301. 808351. 863401. 8

9、47好好較好差2. 3 引發(fā)劑用量對 HPAM 分子量的影響一般說來, 引發(fā)劑用量越少 , 所得聚合產(chǎn)物分子量越高。但事實并非如此 , 引發(fā) 劑用量太少時 , 反應難以引發(fā)或是反應速度太慢 , 以致一定時間內(nèi)得不到高分子量的產(chǎn)物。而引發(fā) 劑用量太多時 , 產(chǎn)生自由基速率高 , 自由基相互碰撞而終止的幾率也大 , 使鏈終止速 率高。同時反應速度過快 , 體系熱量不易釋放 , 溫度驟升, 這些都導致產(chǎn)物分子量的 降低。從圖 3中可以看出, 適宜的引發(fā)劑用量為 (2. 42. 5 10-2g ? L -1AM 的聚合反應是自由基聚合 , 分子量隨單體濃度的升高而增大 , 但濃度過高, 聚合放熱不易使

10、體系溫度驟升 , 鏈終止速度加快導致分子量降低 , 濃度過高也容易造成分子間交聯(lián) , 使溶解性下降。本研究中 , 適宜的單體總濃度為 30%左右。2. 6 鏈轉(zhuǎn)移劑（CT A 的影響加入 CT A 的目的是防止聚合后期交聯(lián)和控制分子量。在鏈轉(zhuǎn)移反應中 , 正在 增長的鏈自由基奪取 CT A 的原子, 失去活性而終止反應。如果這個終止的自由基 是支化的高分子鏈 , 那么CT A 起到了避免分子內(nèi)交聯(lián)的作用 , 有利于產(chǎn)物溶解性的 提高; 如果終止的自由基是正常增長的線性高分子鏈 , 則（下轉(zhuǎn)第 33 頁2005年第 7 期佘海燕 :河湖沉積物對重金屬吸附 -解傳統(tǒng)吸附熱力學理論面臨的吸的研究概況

11、 38 潘綱 1 亞穩(wěn)平衡態(tài)吸附理論33the sedimentsJ.W at. Sci. T ech ,1998,37(6-7 :283-290117 黃廷林 . 水體沉積 物中重金屬釋放動力學及試驗研究 J.環(huán)挑戰(zhàn)與發(fā)展 J.環(huán)境科學學報 ,2003,23(2 :156-17319何宏平, 等 1蒙脫石等粘土礦物對重金屬離子吸附選擇性的實境科學學報 ,1995,15(4 :440-446118C. K. Jain and M. K. Sharma. Ads orption of Cd on bed sediments ofriver hindon :adsorption m odels a

12、nd kineticsJ.W ater、 Air and S oil pollution ,2002,137:1-19119Is o Christl ,et al. C om petitive s orption of copper and lead at the oxid-water interface :Implications for surface site densityJ.G eochim i 2ca et C osm ochim ica Acta ,1999,63(19/20 :2929-2938120Johannes. I onic strength effects on ca

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14、 interface sci 2ence ,1999,211:281-29022 F. ,et cadm ium ions from aqueouss m .C olloids and surfaces -1J.環(huán)驗研究J.礦物學報 ,1999,19(2 :231-235110張嵐, 等. 高含沙水體中黃土吸持和釋放銅的機理 J.環(huán)境科學,2003,24(3 :79-84111Omer Y avuz ,et al. Rem oval of Cu 、 Ni 、C o and Mn from aqueous s olu 2tion by kaoliniteJ.W ater Research , 2

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16、nite/water interface J.C olloids and Surfaces ,A :Physicochem ical and Engineering As 2pects ,2000,16:153-159114金相燦. 沉積物污染化學 M. 北京:中國環(huán)境科學出版社 ,19921147-250115欒兆坤, 湯鴻霄. 污染水體重金屬化學穩(wěn)定性的研究 J.環(huán)境科學,1990,11(4 :18-25116Ryssen R V ,et al. The use of flux -corer the i 2nation of heavy metal redistribution ,1996

17、,15(3 :199-2061（上接第 6 頁CT A 。因此, 要選擇產(chǎn)物進行了分析 , 紅外譜圖中,3190cm -1處是酰胺基的強吸收帶 ,1666cm -1處是羧基離子吸收帶。適當?shù)?CT A并恰當控制其用量才能獲得高分子量和溶解性好的 HPAM 。本研究對幾種 CTA 進行了實驗比較 , 綜合考慮選擇了其中一種 , 其用量對 HPAM 分子量及溶解性的 影響見表 2。表 2 鏈轉(zhuǎn)移劑 (CT A 的影響CT A 用量 103 結(jié)論(1 在本研究采用的新型氧化 -還原體系下, HPAM 的分子量隨著 E DT A 用量、 反應溫度、引發(fā)劑3. 01. 7233. 51. 6694. 0

18、1. 6014. 51. 518分子量 10-7溶解性差較好好好用量的增大先是增大 , 到一定值后 , 又逐漸減小。隨著單體總濃度、鏈轉(zhuǎn)移劑 (CT A 用量、pH 值的增大, HPAM 的分子量逐漸減小 , 而溶解性則變好。(2 本研究采用的新型氧化 -還原體系 , 選擇適宜的條件 , 可得到分子量達 2. 107107, 水解度 23. 2%, 溶解性能好的 HPAM 。參考文獻1吳曉藝, 王靜文. 高分子聚丙烯酰胺的合成研究 J.沈陽工業(yè)由表 2可以看出 , CT A 用量控制在 (3. 54. 010-5g ? L -1 的范圍內(nèi)較好。2. 7 pH 值的影響在不同的 pH 值條件下反應 , 最終