兩性聚丙烯酰胺反相乳液的制備及其脫色性能：

兩性聚丙烯酰胺反相乳液的制備及其脫色性能，隨著紡織印染工業的不斷發展，含水溶性染料 的有色廢水日益增加。由于此類染料廢水顏色深、 理化性質復雜、難于降解，因而對環境造成了較為 嚴重的污染。20世紀以來，國內外均在不斷研究開 發新型、高效、環保的脫色絮凝劑，其中有機高分子 類絮凝劑備受關注11-3。兩性聚丙烯酰胺是一種水 溶性的有機高分子，其大分子鏈上同時帶有正、負 兩種電荷基團。與單性的聚電解質性質截然不同， 它表現出明顯的等電點性和反聚電解質效應，這一 獨特的性質使其具有廣泛的應用前景[4。近幾年 來，兩性聚丙烯酰胺在水處理行業得到了較大程度 的應用。

反相乳液聚合是將單體水溶液乳化于含乳化 劑的油相中，形成油包水型乳液，經引發而進行的 聚合。由于此反應具有易散熱、聚合速率大、固含 量高且溶解速率快等優點，受到國內外高分子研究 領域學者的重視S。2 -丙烯酰胺基-2 -甲基丙 磺酸（AMPS)是一種良好的陰離子聚合單體，兩性聚丙烯酰胺反相乳液的制備及其脫色性能，近年來也備受關注6 ,但其引入方式通常采用水溶液聚 合，通過反相乳液聚合的報道很少。

本工作以AMPS和丙烯酰胺（AM)為單體，通 過反相乳液聚合制備了陰離子聚丙烯酰胺&]。再 通過Mannich反應制得兩性聚丙烯酰胺。該 反應過程操作簡便，條件溫和，容易控制，制備成本 低。將制得的兩性聚丙烯酰胺產品直接用于堿性 品紅溶液的脫色實驗,考察了其對堿性品紅溶液的 脫色效果。

1實驗部分

1.1試劑和儀器：

AM和AMPS為工業純;其他試劑均為分析純。 Avatar 3600 型 FTIR 儀：美國 Thermo Nicolet

公司；TU -1901型雙光束可見分光光度計：北京普 析通用儀器有限責任公司；PHS -2C型pH計：上海

第二分析儀器廠。

1.2陰離子聚丙烯酰胺反相乳液的制備

在裝有機械攪拌、溫度計和氮氣進出口的四口 瓶中，依次加入300 g質量分數為42. 5%的AM水 溶液、30 g山梨醇酐單硬脂酸酯和7. 5 g壬基苯聚 氧乙烯醚。攪拌均勻后加入一定量的AMPS,按照 n(AMPS) : n(NaOH) =1加入質量分數為40%的 NaOH溶液，再加入350 mL環己烷。在溫度為 30 °C、氮氣保護的條件下攪拌反應30 min。加入 0.003 g過硫酸銨和0. 003 g亞硫酸氫鈉作為引發 劑，于60 C下保溫反應4 h,制得陰離子聚丙烯酰胺 反相乳液。

1.3兩性聚丙烯酰胺反相乳液的制備

在反應溫度為20 ~ 25 °C、攪拌條件下，按照 n(多聚甲醛）：n(二甲胺）=1 : 1.2向質量分數為 33%的二甲胺水溶液中加入一定量多聚甲醛粉末, 待其完全溶解后，按照m(多聚甲醛）：m(焦亞硫酸 鈉）=20 : 3加入一定量焦亞硫酸鈉作穩定劑，制得 微黃色的陽離子劑,備用。

在攪拌條件下，向陰離子聚丙烯酰胺反相乳液 中滴加入一定量的陽離子劑，控制滴加溫度為15 ~ 20 C,滴加完畢后升溫至45 C,反應4 h,制得黏稠 狀叔胺型兩性聚丙烯酰胺反相乳液。

1.4脫色實驗

向100 mL質量濃度為50 mg/L的堿性品紅溶 液中加入一定量的兩性聚丙烯酰胺反相乳液，先快 速攪拌2 min,后慢速攪拌5 min,停止攪拌靜置 30 min后取上清液進行分析。

h 5分析方法

采用FTIR儀測定產物結構612。在波長為 200 ~800 nm處進行紫外掃描，測定堿性品紅在最 大吸收波長處的吸光度，計算堿性品紅溶液質量濃 度，從而計算脫色率。

2結果與討論

2.1聚合物的結構表征

在 n(AMPS) : n(AM) =0.2、n(多聚甲醛）： n(陰離子聚丙烯酰胺）=0.5的條件下，制得的陰離 子聚丙烯酰胺和兩性聚丙烯酰胺的FTIR譜圖見圖 1,FTIR譜圖分析見表1。由圖1和表1可見，所制 得的兩性聚丙烯酰胺具有叔胺鹽酸鹽的多重譜帶, 由此表明陽離子基團被成功引入。最終產物分子中 具有陽離子基團一N (CH3) 2及陰離子基團一SO^Na, 證明該產物為兩性聚丙烯酰胺。

 

圖1陰離子聚丙烯酰胺和兩性聚丙烯酰胺的FTIR譜圖 a陰離子聚丙烯酰胺；b兩性聚丙烯酰胺

表1 FTIR譜圖分析

波數/cm-1官能團歸屬

927,1 037一SOgNaO =S =O的伸縮振動峰

1 666一 CONH2羰基的吸收峰

1 548一CONH—羰基的吸收峰

2 341一N (CH3) 2叔胺鹽酸鹽的多重譜帶[13]

3 425一 CONH2氨基的伸縮振動峰[12]

2.2 n (AMPS) : n (AM)對脫色率的影響

兩性聚丙烯酰胺的脫色機理與染料的結構有 很大關系，對于不同結構的染料，兩性聚丙烯酰胺反相乳液的制備及其脫色性能，脫色機理不同。 堿性品紅是一種水溶性染料，脫色的主要原因可能 是兩性聚丙烯酰胺鏈上的酰胺基與堿性品紅的氨 基產生氫鍵吸附，聚合物中的陰離子基團和堿性品 紅的陽離子基團形成離子鍵，從而使產物不溶于

水，彼此聚集，發生沉降，達到脫色的目的M。

在n(多聚甲醛）：n (陰離子聚丙烯酰胺）= 0. 5、兩性聚丙烯酰胺反相乳液加入量為600 mg/L 的條件下,n (AMPS) : n (AM)對脫色率的影響見圖 2。由圖2可見：在溶液pH分別為5,7,9的條件 下，當n(AMPS) : n(AM) =0(即為陽離子聚丙烯 酰胺）時，脫色率最小，分別為9. 2%、65. 4%和 62.8%;當 n(AMPS) : n(AM) =0. 2 時，脫色率最 大,分別是80. 6%、3. 9%和89. 8%。這說明兩性 聚丙烯酰胺反相乳液的脫色效果優于陽離子聚丙 烯酰胺。由圖2還可見，隨n (AMPS): n (AM)的 增加，脫色率先增大后減小。這是由于當溶液中堿 性品紅離子上的3個氨基基團和AMPS的磺酸基 “飽和匹配”后，不可能再提供可參與形成氫鍵和靜 電作用的基團，脫色率就不會繼續增加M。當 AMPS的含量進一步增加，會有少量兩性聚合物殘 留在堿性品紅溶液中，不易實現固液分離，因此脫 色率還會下降16。 烯酰胺）為0.5 ~1時，脫色率增加緩慢。這表明隨 n(多聚甲醛）：n(陰離子聚丙烯酰胺）的增大，聚合 物的酰胺基團與堿性品紅的氨基之間的氫鍵吸附 增強，脫色率隨之增加；當聚合物對染料分子的吸 附趨于飽和后，脫色率增加的趨勢減緩。因此考慮 經濟原因，實驗選擇n (多聚甲醛）：n (陰離子聚丙 烯酰胺）=0.5。

1001

 

00.250.500.751.00

多聚甲K) : fl(RI商子聚丙烯纖）

圖3 n(多聚甲醛）：n(陰離子聚丙烯酰胺）對脫色率的影響 溶液 pH: • 5； ■ 7； ▲ 9

 

6040

 

00.10.20.3

n(AMPS) : n(AM)

圖2 n(AMPS) : n(AM)對脫色率的影響 溶液 pH: • 5； ■ 7； ▲ 9

2.3 n(多聚甲醛）：n(陰離子聚丙烯酰胺）對脫色 率的影響

在n(AMPS) : n(AM) =0.2、兩性聚丙烯酰胺 反相乳液加入量為600 mg/L的條件下,n(多聚甲 醛）：n(陰離子聚丙烯酰胺）對脫色率的影響見圖 3。由圖3可見：在溶液pH分別為5, 7, 9的條件 下，當n (多聚甲醛）：n (陰離子聚丙烯酰胺）=0(即 為陰離子聚丙烯酰胺）時，脫色率最小，分別為 19.2%、30.0%和55.1%;當幾（多聚甲醛）：幾（陰離 子聚丙烯酰胺）=1時，脫色率最大,分別是92.6%、 94.9%和91. 8%。這說明兩性聚丙烯酰胺反相乳 液的脫色效果優于陰離子聚丙烯酰胺。由圖3還可 見:n(多聚甲醛）：n(陰離子聚丙烯酰胺）為0~0.5 時，脫色率增加明顯;n(多聚甲醛）：n(陰離子聚丙 2.4兩性聚丙烯酰胺反相乳液加入量對脫色率的 影響

在 n(AMPS) : n(AM) =0.2、n(多聚甲醛）： 兩性聚丙烯酰胺反相乳液的制備及其脫色性能，n(陰離子聚丙烯酰胺）=0.5、溶液pH為9的條件 下，兩性聚丙烯酰胺反相乳液加入量對脫色率的影 響見圖4。由圖4可見：當兩性聚丙烯酰胺反相乳 液加入量為600 mg/L時，脫色率達89.6% ;繼續增 加兩性聚丙烯酰胺反相乳液加入量，脫色率變化 不大。

 

3結論

以AMPS和AM為單體,通過反相乳液聚合制 備了陰離子聚丙烯酰胺,再通過Mannich反應制得 兩性聚丙烯酰胺。在n (AMPS) : n (AM) =0. 2n(多聚甲醛）：n(陰離子聚丙烯酰胺）=0.5、溶液 pH為9、兩性聚丙烯酰胺反相乳液加入量為600 mg/L的條件下，堿性品紅溶液脫色率為89. 6%。 實驗結果表明，采用兩性聚丙烯酰胺反相乳液對堿 性品紅溶液進行脫色的效果優于陽離子聚丙烯酰 胺和陰離子聚丙烯酰胺反相乳液。

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