聚丙烯酰胺的合成及絮凝性能研究,高相對分子質(zhì)量聚丙烯酰胺在污水處理中作為絮凝劑，具有用量少、絮凝效果好以 及沉淀過濾快等優(yōu)點，因此具有一定的實用價值。
2.1聚丙烯酰胺的合成方法及性能測試
在有機高聚物的合成中，聚合方法直接關(guān)系到聚合度大小（分子量大?。?，聚丙烯酰胺的合成及絮凝性能研究,引發(fā)劑 的選擇直接關(guān)系到合成的成敗問題，因此對聚合方法及引發(fā)劑的選擇是至關(guān)重要的，下 面簡要介紹合成聚丙烯酰胺的聚合方法及引發(fā)劑的選擇。
2.1.1聚合方法的選擇
常用的聚合方法有本體聚合、懸浮聚合、溶液聚合和乳液聚合四種^自由基聚合可 選用其中之一進行；離子型或配位聚合，一般采用溶液聚合，例如乙烯、丙烯采用鈦催 化劑聚合，由于催化劑與聚合物均不溶于溶劑，常稱淤漿聚合；縮聚反應一般在本體或 溶液中進行，分別稱為本體(熔融)縮聚和溶液縮聚，在兩相界面上的縮聚稱為界面縮聚。
在聚合溫度和壓力下為氣態(tài)或固態(tài)的單體也能聚合，分別稱為氣相聚合和固相聚 合。氣相、固相和熔融聚合均可歸于本體聚合范疇。四種聚合方法的不同特點是：
1)本體聚合不加其它介質(zhì)，蘋體在引發(fā)劑或催化劑或光、熱、輻射等其他引發(fā) 方法作用下進行的聚合稱為本體聚合。引發(fā)劑或催化劑的選擇除了從聚合反應的本身需 要考慮外，還要求與單體有良好的相溶性。由于多數(shù)的單體是油溶性的，因此多選用油 溶性引發(fā)劑。優(yōu)點是操作簡便，產(chǎn)物純凈；缺點是聚合熱不易排除。工業(yè)上用自由基本 體聚合生產(chǎn)的聚合物主要品種有聚甲基丙烯酸甲酯、高壓聚乙烯和聚苯乙烯。
2)溶液聚合單體和引發(fā)劑或催化劑溶于適當?shù)娜軇┲械木酆戏磻?。由于單體和 和引發(fā)劑在溶劑中存在，因此要同時考慮在溶劑中的溶解性。與本體聚合相比，溶液聚 合最大的優(yōu)點是溶劑的加入有利于導出聚合熱，同時體系粘度低，傳熱、混合容易，溫 度易于控制；缺點是聚合度較低，產(chǎn)物常含少量溶劑，副反應多，使用和回收溶劑需增 加設(shè)備投資和生產(chǎn)成本。溶液聚合在工業(yè)上主要用于聚合物溶液直接使用的場合，如醋 酸乙烯酯在甲醇中的溶液聚合，丙烯腈溶液聚合直接作紡絲液，丙烯酸酯溶液聚合液直 接作涂料和膠粘劑等。
3)懸浮聚合通常是單體以小液滴的形式懸浮在大量的分散介質(zhì)（一般是水）中 進行的反應，體系主體由單體、引發(fā)劑、懸浮劑、分散介質(zhì)組成。單體為油溶性的，要 求在水中有盡量小的溶解度。引發(fā)劑為油溶性的引發(fā)劑，選擇原則與本體聚合相同。優(yōu)
點是散熱容易，產(chǎn)物是0.05?2mm左右的小顆粒，容易洗滌、分離，產(chǎn)物純度較高；聚丙烯酰胺的合成及絮凝性能研究, 缺點是產(chǎn)物容易粘壁，影響聚合釜傳熱和生產(chǎn)周期。懸浮聚合主要用于聚氯乙烯、聚苯 乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的工業(yè)生產(chǎn)。
4)乳液聚合單體在水介質(zhì)中，由乳化劑分散成乳狀液狀態(tài)的聚合方法稱體系主要 是由單體、引發(fā)劑、乳化劑和分散介質(zhì)組成。單體為油溶性的，一般不溶于水或微溶于 水，引發(fā)劑為水溶性的，對于氧化還原引發(fā)體系，允許引發(fā)體系中某一組分為水溶性的。 由于使用了乳化劑而具有特殊機理，單體在膠束中引發(fā)、聚合是在單體一聚合物乳膠粒 中進行。其特點是速度快、產(chǎn)物分子量大、體系粘度低、易于散熱；缺點是乳化劑等不 易除凈，影響產(chǎn)物性能，特別是電性能較差，在工業(yè)上乳液聚合主要用于合成橡膠的生 產(chǎn)，如丁苯橡膠、丁腈橡膠和氯丁橡膠生產(chǎn)。反相乳液聚合是近年來研究比較深入的聚 合方法，當單體是水溶性的物質(zhì)，就要考慮用反相乳液聚合。原理是：在非水性的連續(xù) 介質(zhì)中，通過乳化將水相形成懸浮小單元，來進行水溶液聚合反應的過程。反相乳液聚 合由于連續(xù)相是油相，介質(zhì)粘度低，反應傳熱快，同水溶液法相比，反應產(chǎn)物有支鏈化 低，相對分子質(zhì)量高，產(chǎn)物含水量低等優(yōu)點。
本體聚合和溶液聚合一般為均相反應，但也有因聚合物不溶于單體或溶劑而沉淀 出來；懸浮聚合和乳液聚合均屬非均相反應。均相體系往往屬非牛頓流體（見粘性流體 流動)，可直接使用，若要_得固體聚合物，則需進行沉淀分離；非均相體系固體物含 量可高達30%?50% (最高達約60%),除膠乳可直接使用外，其他均需經(jīng)分離、提純 等后處理。
2.1.2引發(fā)劑的選擇
在高分子合成反應中，引發(fā)劑和催化劑是重要組成部分。引發(fā)劑和催化劑的選擇首 先考慮聚合機理，其次是活性、穩(wěn)定性、副反應、價格等因素。常用的引發(fā)劑有偶氮類 引發(fā)劑、過氧類引發(fā)劑、氧化還原類引發(fā)劑等，一般要考慮一下幾個方面。
1)溶解性：主要涉及到采用什么聚合方法，本體聚合、懸浮聚合和油溶液聚合需選 用油溶性的引發(fā)劑，如偶氮類和有機過氧類引發(fā)劑；乳液聚合和水溶液聚合需選用水溶 性引發(fā)劑，如無機過氧類和水溶性的氧化還原類引發(fā)劑。
2)活性：主要是在確定的聚合反應溫度下選擇活性適當?shù)囊l(fā)劑。為了使整個聚合 階段反應速率均勻，可采用高活性-低活性互配的復合引發(fā)劑。
3)引發(fā)劑溫度的使用范圍:
使用溫度 范圍
活化能
kJ/mol
引發(fā)劑舉例
高溫 100 中溫 30 ?100 低溫 -10 ?30 極低溫 -10
138?188
110?138
63?110
63
異丙苯過氧化氫，叔r基過氧化氫、過氧化二異閃笨
過氧化二苯甲酰，過氧化十二酰，偶氮二異丁腈
過氧化氫-亞鐵鹽，過硫酸鹽-亞鐵鹽，
過氧化二苯甲酰-二甲基苯胺
過氧化物-焼基金屬（三乙基鋁，三乙基硼），氧-院基金屬
表2-1引發(fā)劑的溫度使用范圍
4)其他因素:_副反應、毒性、安全性、三廢以及價格等問題均在考fiDu。
2.1.3合成方法的確定
鑒于溶液聚合的優(yōu)點，本實驗采用溶液聚合，具體合成方法如下：在電子天平上稱 取一定量丙烯酰胺（AM)，放入錐形瓶中，再用量筒量取蒸餾水倒入錐形瓶中，用玻璃 棒攪拌，使丙烯酰胺完全溶解。然后，依次加入引發(fā)劑0.01mol/LK2S208及0.01mol/L Na2S03,用玻璃棒攪拌使其濃度均勻。調(diào)節(jié)pH值（可加入HC1或NaOH調(diào)節(jié))，搖動錐 形瓶以便避免局部pH值過大或過小。將配制好的反應液放入恒溫水浴中恒溫反應，在 反應過程中，用玻璃棒不停攪拌。
當錐形瓶中生成透明膠狀物，且為高粘度液體時，聚丙烯酰胺的合成及絮凝性能研究,此時反應完全。將生成物移入表 面皿中，放入烘箱烘干；或?qū)⒕郾０贩湃胍掖贾谐两担俳?jīng)過抽濾、烘干，得到的 固體物質(zhì)就是聚丙烯酰胺固體。
2.2實驗設(shè)備及儀器
2.2.1實驗設(shè)備
表2-2實驗設(shè)備
實驗設(shè)備生產(chǎn)廠家型號
電子天平北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司GSI-200
酸度計梅特勒-托利多儀器（上海）有限公nJDELTA320pH 計
電熱鼓風干燥器大津市泰斯特儀器有限公司101-2AB 型
電加熱恒溫水浴鍋天津市泰斯特儀器有限公司DK-98-型
(電熱恒溫水浴鍋）大津市泰斯特儀器有限公司DK-98-1 型
烏氏黏度計上海木材晶菱玻璃制品有限公司0.9-1.0
多功能型攪拌器天津市華光科學儀器廠D-8401
便攜式微電腦濁度計北京哈納科科技有限公司HI93703
分析天平梅特勒-托力多儀器有限公司AL204
紫外可見分光光度計上海光譜儀器有限公司752
循環(huán)水式多用真空泵鄭州長城科工貿(mào)有限公司SHB-m
還要利用實驗室中已有的玻璃儀器，例如錐形瓶、燒杯、容量品等, 2.2.2實驗試劑
表2-3實驗試劑
實驗試劑級別生產(chǎn)廠家
丙烯酰胺分析純天津市科密歐化學試劑開發(fā)中心
氫氧化鈉分析純天津市河北區(qū)大陸化學試劑廠
硫酸肼分析純天津市科密歐化學試劑開發(fā)中心
六次甲基四胺分析純西安化學試劑廠
硝酸銀分析純上?；瘜W試劑廠
硫酸銀分析純寶雞聯(lián)方化工有限公司
重鉻酸鉀分析純天津登豐化學品有限公司
硫酸亞鐵銨分析純沈陽市化學試劑一廠
濃硫酸分析純西安化學試劑廠
乙醇分析純兩安化學試劑廠
過硫酸鉀分析純成都金山化學試劑廠
亞甲基蘭分析純上海試劑三廠
高嶺土化學純天津市福晨化學試劑廠
無水亞硫酸鈉化學純兩安化學試劑廠
Tween-80化學純兩安化學試劑廠
液體石蠟化學純蚌埠化學試劑廠
表2-3實驗試劑(續(xù)）
實驗試劑級別生產(chǎn)廠家
二甲基-烯閃基氣化銨分析純西安化予試劑廠
硫酸、丨卩.鐵銨分析純沈陽市化學試劑一廠
甲醛分析純西安化予試劑廠
甲胺分析純西安化學試劑廠
聚丙烯酰胺的相對分子質(zhì)量的測定方法
在25°C下，以蒸餾水作溶劑，用烏氏粘度計通過粘度法測得聚丙烯酰胺的特性粘度 [t|]，然后按Mark Hownink經(jīng)驗公式：
il=6.3 lxl〇-3Mr°80(2-1)
計算Mr。其中：Mr為粘均相對分子質(zhì)量；ti為特性粘度；6.31xKT3為經(jīng)驗常數(shù)；〇.8〇 為經(jīng)驗常數(shù)。
2.3.1聚丙烯酰胺特性粘度的測定方法
(1)溶液配制
用分析天平準確稱取0.5g聚丙烯酰胺樣品，倒入預先洗凈的50ml燒杯中，加入約 30ml蒸餾水，在水浴中加熱溶解至溶液完全透明，取出自然冷卻至室溫，再將溶液移 至100ml容量瓶中，并用蒸餾水稀釋至刻度，震蕩混勻，備用。
(2)粘度計的洗滌
先將洗液灌入粘度計內(nèi)，并使其反復流過毛細管部分。然后將洗液倒入專用瓶中， 再順次用自來水、蒸餾水洗滌干凈容量瓶、移液管也都應仔細洗凈。
(3)溶劑流出時間t〇的測定
A fiC
開啟恒溫水浴，并將粘度計垂直安裝在恒溫水浴中，（G球及以下部位均浸在水中） 用移液管吸l〇ml蒸餾水，從A管注入，粘度計F球內(nèi)，在C管和B管的上端均套上 干燥清潔橡皮管，并用夾子夾住往C管上的橡皮管 下端，使其不通大氣。在B管的橡皮管口用針筒將水從 F球經(jīng)D球、毛細管、E球抽至G球中部，取下針筒，
同時松開C管上夾子，使其通大氣。此時溶液順毛細管 而流下，當液面流經(jīng)刻度a線處時，立刻按下秒表開始 計時，至b處時停止計時。記下液體流經(jīng)a、b之間所 需時間。重復測定三次，偏差小于0.2s，取其平均值，
即為t〇值。
(4)溶液流出時間的測定
取出粘度計，傾去其中的水，連接到水栗上抽氣，同時用電熱吹風吹干。用移液管 吸取己預先恒溫好的溶液l〇ml,注入粘度計內(nèi)，同上法安裝粘度計，測定溶液的流出 時間t〇。然后，依次加入2.00、3.00.5.00、7.00ml蒸餾水。每次稀釋都要將稀釋液抽洗 粘度計的E球，使粘度計內(nèi)各處溶液的濃度相等，按同樣的方法進行測定。
2.3.2特性粘度測定過程中的數(shù)據(jù)及處理方法
聚丙烯酰胺（PAM)在稀溶液中的粘度，主要反映了液體在流動時存在著內(nèi)摩擦， 其中，因溶劑（水）分子之間的內(nèi)摩擦表現(xiàn)出來的粘度叫純?nèi)軇┱扯?，記作ri〇;此外還 有PAM分子相互之間的內(nèi)摩擦，以及PAM與溶劑（水）分子之間的內(nèi)摩擦。三者之和 表現(xiàn)為溶液的粘度項，在同一溫度下，一般來說n> %,相對于溶劑，其溶液粘度增加 的分數(shù)，稱為增比粘度，記作Tlsp，即
TW=(tl—tl〇)% (2-2)
而溶液粘度與純?nèi)軇┱扯鹊谋戎捣Q為相對粘度，記作％，即
%=響〇 (2-3)
TV也是整個溶液粘度行為，則意味著已扣除了溶劑分子之間的內(nèi)摩擦效應。兩者關(guān)系 為
Tlsp=T|/r|〇-l (2-4)
對于PAM這種高分子的溶液，增比粘度risp往往隨溶液的濃度的增大而增大。為便 于說明和比較，將單位濃度下所顯示的增比粘度，即ilsp/c稱為比濃粘度；稱為比 濃對數(shù)粘度。作和risp都是無因次的量。
為了進一步消除PAM分子之間的內(nèi)摩擦效應，必須將溶液濃度無限稀釋，使得每 個PAM分子彼此相隔極遠，其相互干擾可以忽略不計，這時溶液所呈現(xiàn)出的粘度行為 基本上反映了 CPAM分子與溶劑分子之間的內(nèi)摩擦。這一粘度的極限值記為
lim(t|sp/c)=[ri] (2-5) 第-煢聚閃烯酰胺的合成及絮凝性能研究
h]被稱為特性粘度，其值4濃度無關(guān)。
又有如下關(guān)系：
%=n/ilo=t/t〇 (2-6)
其中：t--CPAM溶液流出時N，S;
t〇—溶劑的流出時間，s;
結(jié)合式（2-5)可得：
T|sp = T|/T|〇'l =t/t〇 -1 =(t-t〇)/t〇 (2-7 )
故可以計算得到TisP，r|sp/c和lnrij/c的值，再結(jié)合一系列不同濃度的溶液分別進行測 定，以％p/c和lm^c為縱坐標，c為橫坐標作圖，得兩直線，分別外推到c=〇處，其截 距即為[ri]。（此即為求高聚物所常用的方法：外推法示意圖見圖2-2)。
圖2-2外推法求[n]示意圖
2.4結(jié)果與討論
由丙烯酰胺（AM)合成聚丙烯酰胺（PAM)實驗中共有四個因素是影響合成效果 的主要因素，即單體用量、溫度、pH值、引發(fā)劑用量比。因此，分別對這四個因素進 行實驗，并找出最佳反應條件。
2.4.1合成聚丙烯酰胺的工藝條件 2.4.1.1丙烯酰胺（AM)用量
分別在5個廣口瓶中稱取3g、3.5g、4g、4.5g、5g、6g丙烯酰胺（AM)，再依次加入 15ml蒸餾水，攪拌使其充分溶解，然后加入引發(fā)劑〇.〇lm〇l/LK2S208 10ml，及O.Olmol/L
Na2S035ml，（即引發(fā)劑用量比為2:1)，控制pH值在6.0左右。
表2*4丙烯醜胺（AM)用量對合成聚丙烯釀胺相對分子量的影響
丙烯酰胺（AM)用量/gMr (xl〇5)
3.02.58
3.52.62
4.02.77
4.52.92
5.03.01
5.52.98
置于恒溫水浴中T痕度控制在75。0, #皮應完全，將產(chǎn)品移入表面皿€放入烘箱供 干，干燥后分別稱取0.5克加水溶解測得相對粘度[n]，計算出相對分子量Mr，實驗結(jié)果 見表2-4。
3.1 - 3 - -2.9 - X 2.8 - M 2.7 - 2.6 -
2.5¬23456
AM用最（g)
圖2-3丙烯酰胺（AM)用量對合成聚丙烯敵胺相對分子量的影響
由圖2-3可知，隨著單體濃度的增加，粘度和轉(zhuǎn)化率先是呈上升趨勢然后下降。這 主要是由于前面所提到的單體濃度的改變對聚合物的平均聚合度產(chǎn)生影響，根據(jù)自由聚 合原理，聚丙烯酰胺的合成及絮凝性能研究,隨單體濃度的增加，共聚物相對分子質(zhì)量先增加后減少。單體濃度過低時，單 體之間接觸和碰撞的幾率小，不利于分子鏈的增長，且反應速率慢，時間長，聚合不完 全。單體濃度的升高有利于反應的進行，這主要是由于單體濃度增加后，單體分子與活 性鏈碰撞機會增加致使聚合反應速率加快，共聚物相對分子質(zhì)量出現(xiàn)極大值。當單體濃 度繼續(xù)增高時，聚合放出的熱量不能及時移走，聚合體系內(nèi)溫度升高，引發(fā)速度加快， 甚至出現(xiàn)交聯(lián)，使聚合物相對分子質(zhì)量降低。單體含量越高，這種現(xiàn)象越明顯。因此可 以看出，本實驗最佳單體濃度應為5g。
2.4.1.2溫度的選擇
分別在5個廣口瓶中稱取4g丙烯酰胺（AM),依次加入15g蒸餾水，攪拌使其充分溶 解，然后加入引發(fā)劑0.01111〇丨/1^23208 1〇111丨，及0.01111〇1/1^燦230351111，（即引發(fā)劑用量比 為2:1)。控制pH值在6.0左右（可加入HC1或NaOH調(diào)節(jié)），將5個加樣廣口瓶分別置于 65°C、70°C、75°C、80°C、85°C、90°C恒溫水浴中，待反應完全，將產(chǎn)品移入表面皿中， 放入烘箱烘干，干燥后稱取0.5克加水溶解測得相對粘度[ri]，計算出相對分子量Mr, 實驗結(jié)果見表2-5。
表2-5溫度對合成聚丙烯醜胺相對分子量的影響
溫度廠CMr (xi〇5)
654.24
704.92
755.37
808.23
858.12
907.98
10「
X 6
s-/
溫度廣C
圖2-4溫度對合成聚丙烯酰胺相對分子量的影響
由圖2-4可以看出，當溫度為80°C時，聚丙烯酰胺相對分子量最大。其原因在于當 反應溫度低于75°C時，引發(fā)劑的分解速度較慢，自由基的數(shù)量和活性低，導致溶液的粘
度較低；當聚合反應溫度達到75°C時，引發(fā)劑的分解速度明顯加快，使自由基的活性和 數(shù)鼂均有所增加，聚合物的粘度明顯增加，Mr增大；在80°C左右的引發(fā)溫度下溶液的 Mr達到最大；但在溫度高于80°C時，引發(fā)劑大量發(fā)生熱分解產(chǎn)生大量自由基引發(fā)聚合， 使聚合體系的鏈轉(zhuǎn)移速度常數(shù)Kt的增加可能遠遠大于鏈增長速度常數(shù)Kp，使反應速度 很快而分子量較低，粘度隨著降低。另一方面，由于々聚合度密切相關(guān)的動力學鏈長與 自由基濃度的平方根成反比，而與聚合速度成正比，導致聚合物的平均分子量降低，所 以其溶液的粘度反而降低。因此為保持體系的聚合度足夠高，本實驗選擇的聚合溫度為 80°C。
2.4.1.3pH對合成聚丙烯酰胺相對分子量的影響
分別在5個廣口瓶中稱取4g丙烯酰胺（AM),再依次加入15g蒸餾水，攪拌使其充分 溶解，然后加入引發(fā)劑0.01mol/LK2S2O810ml，及0.01mol/L5mlNa2S03,（即引發(fā)劑用 量比為2: 1)。將5個試品的pH值分別調(diào)到5.0、5.5、6.0、6.5、7.0 (可加入HC1或NaOH 調(diào)節(jié))，置于恒溫水浴中（溫度控制在75°C)，待反應完全，將產(chǎn)品移入表面皿中，放入 烘箱烘干，干燥后稱取0.5克加水溶解測得相對粘度[ri],計算出相對分子量Mn實驗 結(jié)果見表2-6。
表2>6 pH對合成聚丙烯酰胺相對分子量的影響
pHMr (xl〇5)
5.04.57
5.54.92
6.06.23
6.57.41
7.05.93
由圖2-5可知，當pH值為6.5時，合成的聚丙烯酰胺的相對原子量最大，所以當pH值 為6.5時是合成聚丙烯酰胺的最佳pH值。當pH值在5.5時，產(chǎn)物性質(zhì)急劇改變，粘度和 Mr均有較大的升高，當pH值在6.5處達到最佳，此后，Mi•隨著pH值升高而降低，可能是 單體中酰胺基水解的影響。所以本實驗控制反應體系的pH值在6.5左右。
2.4.1.4引發(fā)劑用量比對合成聚丙烯酰胺相對分子量的影響
引發(fā)劑在高分子合成中有著非常重要的地位，引發(fā)劑的種類、濃度都影響著高聚物 的聚合度及轉(zhuǎn)化率，因此引發(fā)劑的濃度對實驗的影響有著非常重要的作用。引發(fā)劑的反 應動力學方程如下：’
(2-8)
E±
K,
式中：Rp-一總的反應速率；
Kp-聚合各步反應速率常數(shù);
Kd-引發(fā)劑分解速率常數(shù)；
Kt-終止速率常數(shù)；
f一引發(fā)效率；
M一單體濃度；
I引發(fā)劑濃度；
由上式可以看出引發(fā)劑的濃度越高，反應速率越快。
本實驗采用復合氧化還原型引發(fā)劑K2S208—Na2S03，根據(jù)自由基聚合反應的動力 學分析，聚合度與引發(fā)劑濃度的平方根成反比，引發(fā)劑濃度增大，鏈引發(fā)速率增大，自 由基濃度增大，自由基之間相可.碰撞終止的機會增多，導致鏈終止速率也增大，故使產(chǎn) 物分子量降低。而引發(fā)劑濃度過低，使聚合反應進行緩慢，甚至無法引發(fā)聚合，要保證 一定的聚合反應速度，需適當增加引發(fā)劑濃度，兼顧分子量和聚合反應速度，需選擇適 中的引發(fā)劑濃度。在本試驗中，通過控制Na2S03的濃度調(diào)節(jié)K2S208的用量，由此確定 引發(fā)劑的最佳用量比。
分別在5個廣口瓶中稱取4g內(nèi)烯酰胺（AM)，再依次加入15ml蒸餾水，攪拌使其充 分溶解，然后加入引發(fā)劑0.01mol/LK2S208及0.01mol/LNa2S03 (用量比分別為3 : 1、
2 : 1、1 : 1、1 : 2、1 : 3,其中Na2S03均為5ml),控制pH值在6.5左右（可加入HC1或 NaOH調(diào)節(jié))，置于恒溫水浴中（溫度控制在75°C),待反應完全，將產(chǎn)品移入表面皿中，聚丙烯酰胺的合成及絮凝性能研究, 放入烘箱烘干，干燥后稱取0.5克加水溶解測得相對粘度[n]，計算出相對分子量Mr, 實驗結(jié)果見表2-7。
表2-7引發(fā)劑用量比對合成聚丙烯酰胺相對分子量的影響
引發(fā)劑用量比（V/V)Mr (xlO5)
318.23
218.67
112.75
122.55
132.41
Mr增加；當用量比達2:1時，Mr相對較大。當用t比達3: 1時，Mr有所下降。所以當 引發(fā)劑用量比為2 : 1時是合成聚丙烯酰胺的最佳引發(fā)劑用量比。
2.4.1.5丙烯酰胺（AM)合成聚丙烯酰胺的正交實驗
對影響合成聚丙烯酰胺的幾個條件，即用量、溫度、pH值、引發(fā)劑用量比作正交實 驗，其結(jié)果如下表2-8所示并根據(jù)表2-8的標準對實驗結(jié)果進行分析。
表2-8正交實驗表
序號溫度/‘CpH值引發(fā)劑用量比AM的用量聚丙烯酰胺相對原子量 (106)
1756.01:132.534
2756.52:141.486
3757.03:152.778
4806.02:155.347
5806.53:130.700
6807.01:142.285
7856.03:140.696
S856.5i:i32.466
9857.02:150.702
I6.7898.5777,2855.700
II8.3324.6524.1744.467
m3.8645.7647.5358.827
1/32.2862.8592.4281.900
II/32.7771.5511.3911.489
m/31.2881.9222.5122.609
級差R1.4891.308U211.120
因素大小溫度>pH>引發(fā)劑用量比>AM的用量
最佳工藝溫度80°C，PH=6.5,引發(fā)劑用量為2 : 1的比例，丙烯酰胺（AM)=5g，
由表2-8可知，丙烯酰胺（AM)合成聚丙烯酰胺以K2S208-Na2S03組成的復合氧化 還原引發(fā)體系，采用溶液聚合法合成高分子量聚丙烯酰胺的最佳實驗條件是：溫度80°C， 弱酸性條件下，聚合體系總體積為30ml,引發(fā)劑用量15ml，用量比為2 : 1,丙烯酰胺(AM) 用量為5g左右。
2.4.2合成聚丙烯酰胺的性能實驗
為了評價合成聚丙烯酰胺的去濁能力和脫色能力，將上述正交實驗所得的九個成品
分別對高嶺土濁液和亞甲基藍溶液進行濁度、色度的去除實驗，并對印染廢水進行濁度 去除實驗。
2.4.2.1高嶺土濁液的濁度去除實驗的實驗步驟
高嶺土懸濁模擬水樣:用粒徑小于50微米試劑級高嶺土和蒸餾水調(diào)制成混濁度1〇〇 mg/L高嶺土懸濁水樣。
絮凝劑溶液：將制得的聚丙烯酰胺絮凝劑配制成0.5%的水溶液，備用。
實驗步驟：用移液管吸取50ml (濁度為19.37)水樣置于燒杯中，加入絮凝劑lml， 用攪拌器攪拌約10分鐘后，稍靜置一會，用濁度計測水樣的濁度，并根據(jù)濁度去除率 的計算式計算每個樣品的除濁率。
濁度去除率=(水樣濁度-處理后的濁度）/水樣濁度x%(2-9)
2A2.2亞甲基藍溶液色度去除實驗的實驗步驟
亞甲基藍溶液：用生物染色素亞甲基藍和蒸餾水配成50 mg/L的溶液使用時按要求 稀釋。
標準曲線的繪制：用752型紫外可見分光光度計測10pg/ml亞甲基藍溶液在400? 700mn的吸光度，繪制吸收曲線。找最大吸收波長，最大吸收波長為666mn。配一系列 不同濃度的亞甲基藍溶液：0.5、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0mg/L，在波長為666nm 處測其吸光度，繪制標準曲線如圖2-7所示。
圖2-7亞甲基藍標準曲線
由圖2-7可得線性方程：X).185c+0.0271，相關(guān)系數(shù)R2=0.9989。
實驗步驟：將50mg/L的亞甲基藍溶液稀釋成2mg/L，聚丙烯酰胺的合成及絮凝性能研究,分別加入2ml正交實驗所得
聚丙烯酰胺，攪拌數(shù)分鐘后，靜置后測其吸光度并計算色度去除率（2mg/L亞甲基藍吸 光度為0.389)。
2A2.3不同合成條件聚丙烯酰胺的絮凝性能實驗結(jié)果
用正交實驗所制得的聚丙烯酰胺進行去濁、脫色實驗，結(jié)果如表2-9所示。
表2-9聚丙烯酰胺的絮凝性能實驗
產(chǎn)品序號除濁率色度去除率/%除濁率2/%
150.245.5237.34
264.146.2240.51
364.974.6232.28
464.187.9834.18
549.935.4939.87
649.775.2737.34
750.756.1336.71
873.058.2339.24
942.73.4437.97
附注：1)除濁率、除濁率2分別為絮凝劑對高嶺十通_液及工業(yè)印染廢水的濁度去除率。
2) 1?9號樣品分別為前述正交實驗所得產(chǎn)品，聚丙烯醜胺濃度為0.5%。
由表2-9所示，8號樣品在對高嶺土濁液、亞甲基藍溶液及工業(yè)印染廢水的處理實驗 中均表現(xiàn)出較好的處理效果。由此可見，對于溫度85°C, pH=6.5,引發(fā)劑用量為1:1的 比例，丙烯酰胺（AM)=3g，加水量為15ml條件下合成的Mr為250萬左右的聚丙烯酰胺在 絮凝實驗中效果最好。
2.4.2.4聚丙烯酰胺的投藥量對濁度去除率的影響
取25ml上述高嶺土濁液（濁度為19.37)分別加入0.5、2、3、4、5、6ml0.5%的8號
絮凝劑攪拌約10分鐘后，靜置數(shù)小時后測量他們的濁度并計算濁度去除率，實驗結(jié)果見 表 2-10。
表2-10聚丙烯醜胺的用量對濁度去除率的影響
序號絮凝劑用最（ml)除濁率（％)
11.074.03
22.076.91
33.077.43
44.076.67
55.075.29
66.074.21
由圖2-8可知，對于該高嶺土懸濁液，當加入3ml絮凝劑時，除濁率最大。其原因是 聚丙烯酰胺絮凝劑是通過對污水中膠體懸浮顆粒的“電荷中和”及“吸附架橋”作用 而起到絮凝作用的。對于含一定量固體懸浮物的污水來說，這種絮凝作用一般均隨絮凝 劑投加量增加而得到增強。但是當加入的絮凝劑量在中和了膠體中的負電荷后有多余的 正電荷時，部分膠體顆粒則會因電荷排斥而重新分散穩(wěn)定，導致處理效果下降，因此聚 丙烯酰胺的使用量應有一個最佳范圍。
2.5本章小結(jié)
1.合成聚丙烯酰胺的最佳工藝條件為：聚丙烯酰胺的合成及絮凝性能研究,溫度80"C,弱酸性條件下，聚合體系總體積 為30ml，以K2S208_Na2S03組成的復合氧化還原引發(fā)體系，V(K2S208):V(Na2S03)=2:l, 引發(fā)劑用量15ml,丙烯酰胺（AM)用量為5g左右。
2.對于溫度85°C, pH=6.5,弓丨發(fā)劑用量為1 : 1的比例，丙烯酰胺（AM)=3g,加水 量為15ml條件下合成的Mr為250萬左右的聚丙烯酰胺在濁液處理實驗中表現(xiàn)出較好的 處理效果。
3.在其它條件固定的情況下，在一定范圍內(nèi)，改變引發(fā)劑量，進行聚合對比反應， AM的聚合速率隨著引發(fā)劑量的增大而增大，而相對分子質(zhì)量隨引發(fā)劑量的增大而出現(xiàn) —個最大值，然后下降。引發(fā)劑量太小，活性中心太少，無法引發(fā)聚合反應，相應的聚 合反應產(chǎn)物相對分子質(zhì)量低；反之，引發(fā)劑量太大，活性中心太多，相應的聚合反應產(chǎn) 物的相對分子質(zhì)量也越低。這就要求引發(fā)劑必須要有一個適合的用量；
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