兩性聚丙烯酰胺的合成及應用：
兩性聚丙烯酰胺的合成及應用，主要研究兩部分的內容。第一部為兩性聚丙烯酰胺的合成，通過曼尼希反應改性陰離子型的聚丙烯酰胺制備 了兩性的聚丙烯酰胺，并討論了反應時間，反應溫度，反應物的濃度對胺化度的影響。第二部分為將合成的產品應用 于不同廢水,進行絮凝實驗，研究了無機絮凝劑單獨使用和同有機絮凝劑配合使用的效果，采用測上清液透過率方 法，并和改性前的陰離子型，非離子型聚丙烯酰胺對比。結果發現，兩性聚丙烯酰胺有很好的絮凝效果，優于同類的其他絮凝劑。
目前在工業水和廢水的處理中，國外大量使用各 種有機高分子絮凝劑，.這種新型的水處理劑不但使用 簡便，其絮凝效果比傳統的無機鹽絮凝劑大十幾倍至 幾十倍。此外，它還有絮凝和沉降速度快，污泥脫水 效率高，對某些廢水的處理有特效，所用設備簡單，占 地面積小，處理成本低，廢水能回收循環利用等優點。 聚丙烯酰胺（PAM)是主要的品種[1]。近年來兩性聚 丙烯酰胺的開發大有后來居上的趨勢，兩性聚丙烯酰胺的合成及應用，據報道日本已 將這種絮凝劑商品化，我國對這方面的研究還處于初 步的階段[2]。本文主要介紹了在陰離子型聚丙烯酰 胺的基礎上通過曼尼希反應引入胺類物質，常用胺有 二甲胺,二乙胺，二乙醇等，也有用哌啶的，這些胺類 物質目前我國還需要進口，所以我們實驗合成釆用了 能國產而且價格便宜的二甲胺改性[3],制備的兩性聚 丙烯酰胺應用于廢水處理。
M實驗部分
1.1實驗藥品
陰離子聚丙烯酰胺（工業品，相對分子質量約 700萬），甲醛，二甲胺，鹽酸。
1.2實驗方法
通過正交實驗的方法，找出最佳合成條件。在 PAM水溶液中，按比例加入預先混合的甲醛和二甲 胺,控制反應溫度，反應時間，制備兩性的聚丙烯酰 胺，合成反應按下式進行：
la結果討論
2.1胺/醛比對胺化度的影響
氨甲基化度又稱胺化度，它是決定產品質量的重 要指標[4]。使用甲醛和二甲胺改性時，常采用胺/醛 比大于1的條件，這樣體系的pH值大于7,因為此反 應在堿性條件下才能進行[5]。但二甲胺也不能太多， 太多不僅增加成本，還會影響產品的質量。本次實驗 通過鹽酸滴定法來測其胺化度[6]。
表1胺化度與原料配比的關系（物質的量比>
丙烯酰胺/mol甲酸/mol二甲胺/mol胺化度（％)
1.00.50.612.47
1.00.850.923.76
1.01.01.236.34
注：反應溫度為40^,反應時間為5 h，聚合物的相對分子質
量為700萬左右。•
2.2反應濃度對胺化度的影響
反應體系的濃度越高，粘度也越高，從圖1中可 以看出隨著反應物濃度的增加，胺化度不斷的提高，但增加到3%時，體系的粘度很大，攪拌發生困難，這 樣會導致反應不均，反而不利于胺化度的提高，所以 3%的濃度已經足夠了。
反應溫度是影響胺化度的一個因素，從圖2中可 以清楚的看到隨著溫度的升高，胺化度先增加后來又 有所降低，這是因為溫度提高，體系的粘度有所下降, 從而有利于攪拌，但溫度過高時，羥甲基基團間的交 聯和產物的PAM的鏈節可能發生降解，同時溫度過 高會使甲醛，二甲胺揮發，進而影響反應。
2.4反應時間對胺化度的影響
反應時間是影響胺化度的又一個重要的因素，從 圖3中可以看出，兩性聚丙烯酰胺的合成及應用，隨著溫度的升高，胺化度先增加后 有所降低，反應時間為4 h,胺化度達到最高，但反應 時間太長，可能會出現交聯現象，而且經濟上也不合 算，所以反應時間保證在4 h左右就可以了。
15
2535455565
反應溫度/'C
圖3反應時間與胺化度的關系 2.5絮凝實驗
在工業水處理和污水處理中，首先要對原水進行 澄清處理，常用PAM和無機絮凝劑配合使用，這樣可 以大大降低無機絮凝劑的用量，而且還可以避免無機 絮凝劑大量使用而阻塞和腐蝕設備，并防止結垢，采 用有機絮凝劑通過吸附架橋作用使雜質顆粒形成大 的礬花，有利于沉降和后序處理工作。以下分別采用 非離子PAM,陰離子PAM處理垃圾廢水和含油廢 水〇
從圖4中可以看出，單獨使用PAC時的處理效 果不是很理想，形成的礬花細小，不容易沉降，產生上 述結果的原因是無機絮凝劑能起到壓縮膠體顆粒表 面雙電層，降低界面電位和電中和的作用，使膠體凝 聚并帶走廢水中的懸浮顆粒形成細小礬花。
50 -
40 '
30 ^11
200600100014001800
PAC投加量八mg/L)
圖4 PAC用量和透過率的關系
圖2反應溫度與胺化度的關系
而單獨使用有機絮凝劑效果也不是很理想，這是 因為有機絮凝劑雖然有一定的壓縮雙電層的作用，但 其主要功能為吸附架橋的作用，若大量使用有機絮凝 劑可能會帶有更多陽離子，兩性聚丙烯酰胺的合成及應用，此時較多的有機絮凝劑可 能會在膠體顆粒表面形成覆蓋，使膠體分子重新脫穩 而分散
圖5為兩性聚丙烯酰胺的PAC配合使用處理垃 圾廢水時，透過率與投加量之間的關系。我們可以看 出，透過率先增加后有所降低，產生上述原因是在加 人PAC后再加人PAM,可充分利用PAM對經凝聚作 用后，帶電荷的膠體顆料進行吸附電中和，并通過架 橋作用形成大而結實的礬花，因而這兩種絮凝劑配合 使用可以大大提高上清液的透過率，而且形成了粗壯 的礬花[8另外我們從圖5中也能清楚的看出兩性 PAM是性能優于非離子型PAM。
圖6為兩性聚丙烯酰胺和PAC配合使用處理含 油廢水，透過率的規律同上，兩性聚丙烯酰胺的合成及應用，我們也采用了改性前的 陰離子型PAM進行實驗，效果很差，上清液始終渾 池，形成的礬花細小。從而說明了改性后的PAM有 很好的適應，能適應成分復雜的廢水。
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