隨著工業技術的飛速發展，生產規模的不斷擴大， 水體污染越來越受到關注W。由于絮凝方法具有成本 低、操作簡單等優點，成為工農業用水和廢水處理的重 要手段，而絮凝劑是絮凝技術的關鍵環節之一[2]。近 年來，無機/有機復合絮凝劑作為污水處理的較新手 段，日益受到重視[3]。其中聚丙烯酰胺是目前世界上 應用最廣、效能較髙的髙分子有機合成絮凝劑。聚丙 烯酰胺的酰胺基可與許多物質親和、吸附形成氫鍵。 髙相對分子質量的聚丙烯酰胺在被吸附的粒子間形成 “橋聯”，使數個甚至數十個粒子連接在一起，生成絮 團，加速粒子下沉，這使它成為理想的絮凝劑。高 分子絮凝劑的絮凝機理與其結構密切相關，多支狀結 構的絮凝劑由于構象更為伸展而可能獲得普通線形高 分子絮凝劑所達不到的絮凝效果W。作者采用髙價鈰 鹽和多官能度的小分子有機物季戊四醇作為氧化還原 體系引發丙烯酰胺(AM)自由基聚合合成了一種新型 的多支狀非離子型聚丙烯酰胺，并對其絮凝性能進行 了探索，擬為這種多支狀聚丙烯酰胺的應用奠定一定 理論基礎。

 

聚合反應原理如下：CH2OHICH2o'Ce4++ HOHjC—C—CHzOH —?Ce,++ ? OH2C—C—CH20 ?+4H+iH2OHk〇。

 

CH 廠 CH\01CH2 Ii〇NH2CH2O-IOH2C—c—CH2〇* + ?CH2—CHIICH2O ?CONH2N''CH~~CH2^〇~~CH2—C~"CH2—O'~CH2—CH\CONH2CH2CONH2Io實驗1.1試劑與儀器丙烯酰胺，天津科密歐化學試劑開發中心;季戊四 醇、硅藻土，沈陽新興試劑廠;丙酮，沈陽華東試劑廠;硝酸鈰銨，北京化工廠；硫酸、無水氯化鈣、氫氧化鈉。 沈陽東興試劑廠；聚鋁，北京益利精細化學品有限公 司；髙純氮氣，大慶雪龍氣體股份有限公司。所用試劑 均為分析純。

 

DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鞏義英峪 予華儀器廠;DZ-1BC型真空干燥箱，天津泰斯特儀器有 限公司；XA-I型粉碎機，江蘇姜堰分析儀器廠；非稀釋 型烏氏粘度計，復旦大學科技儀器廠;722型光柵分光光 度計(最大吸收波長;1 = 400 ran, 1 cm比色皿）。

 

1.2合成方法首先將丙烯酰胺、季戊四醇和硝酸鈰銨分別配制 成一定濃度的水溶液。向反應瓶中加人50 mL丙烯 酰胺溶液和一定體積的季戊四醇溶液。反應瓶經充分 除氧后密封，用注射器向其中加人一定量的硝酸鈰銨 溶液，振蕩，混合均勻，將反應瓶置于一定溫度的恒溫 槽中反應一定時間，用一定量的丙酮沉淀。沉淀物經 機械切碎后在丙酮中浸泡24 h，室溫烘干再經丙酮回 流數小時，除去單體，在25 _C真空烘箱中烘千至恒重。

 

1.3性能測定1.3. 1相對分子質量測定根據GB 12005. 1 — 89測定聚丙稀丑胺的特性粘 數;根據GB/T 12005. 10 —1992測定。聚丙烯酰胺的相 對分子質量(M)，關系式為：M=802[7]125。

 

1.3.2絮凝性能測定在強力攪拌下，將一定量的硅藻土分散于自來水 中，振蕩，搖勻，配制硅藻土懸浮液作為模擬污水。向 具塞量筒中加入50 mL模擬污k和一定量的絮凝劑 溶液，混合10次，靜置5 min。用移液管移取30 mL 清液，用分光光度計測定其透光率。

 

2結果與討論2.1新型聚丙烯酰胺合成條件的優化在聚合反應過程中，為了得到分子量較高、水溶性 較好的多支狀聚丙烯酰胺，對合成條件進行了優化，結果見圖1。

 

0 5 0 5 0 5 0 2 4 4 3 3 2 2(c)

 

圖1合成條件對聚丙烯》胺相對分子置的彩響 Fig. 1 The effects of synthetic conditions on molecular weight of polyacrylamide由圖la可見，在其它條仵恒定時，隨著單體質量 分數的增大，聚丙烯酰胺的相對分子量增大，當單體質 量分數為15%時，聚丙烯酰胺相對分子量達400萬以 上。由圖lb可見，隨著引發劑用量的增加，聚丙烯酰 胺的相對分子量減小，當引發劑用量為1 mmol ?

 

時，聚丙烯酰胺的分子量達400萬以上。由圖lc可見，隨著反應時間的延長，聚丙烯酰胺的相對分子量先 增大后減小，反應時間為12 h時，聚丙烯酰胺相對分 子量最大，達400萬以上。這是因為，反應一定時間 后，自由基幾乎消耗殆盡，聚丙烯酰胺的分子鏈增長速 率變得很慢;繼續延長反應時間，聚丙烯酰胺發生自解 聚反應，導致分子量減小。由圖Id可見，隨著反應溫度的升高，聚丙烯酰胺的相對分子量增大，反應溫度為 47 ’C時，聚丙烯酰胺相對分子量達400萬以上。實驗 過程中發現，當反應溫度低于60 "C時，聚丙烯酰胺均 溶于水(2CTC除外），當反應溫度高于60 'C時，聚丙烯 酰胺在水中僅發生溶脹。這是因為，反應溫度過高時， 形成的水溶性聚丙烯酰胺會發生交聯，溶解性變差。 2.2新型聚丙烯酰胺的絮凝性能 2.2. 1 pH值對絮凝性能的影響采用稀H2S04和NaOH溶液調節模擬污水體系 pH值，考察體系pH值對聚丙烯酰胺絮凝性能的影 響，結果見圖2。

 

差[7]。

 

2.3復配體系的絮凝性能將無機絮凝劑聚鋁和髙分子絮凝劑聚丙烯酰胺復 配處理模擬污水，并考察聚鋁用量為1 mg ? L-1時聚 丙烯酰胺用量對絮凝性能的影響，以及聚丙烯酰胺用 量為39 mg ? L-1時聚鋁用量對絮凝性能的影響，結果 見圖4。

 

由圖2可知，在酸性和中性條件下，絮凝效果不是 很明顯，而且絮塊較小;當pH值大于10時，絮凝效果 明顯，而且水體中有大的絮塊產生。這可能是因為，在 酸性和中性體系中時，聚丙烯酰胺僅靠本身的髙分子 長鏈通過分子間的吸附作用進行架橋而起到絮凝作 用，而且部分分子鏈處于蜷曲或纏結狀態，故絮凝效果 不很理想。而在堿性體系中時，非離子型聚丙烯酰胺 發生水解反應，少部分酰胺基轉變為羧基，高分子鏈帶 有部分的電荷，電荷間的斥力作用使得髙分子鏈得以 伸展，吸附和架橋作用更加明顯，故絮凝效果較好，但 絮塊仍不是很大。

 

2.2.2聚丙烯酰胺用量對絮凝性能的影響pH值為12,考察聚丙烯酰胺用量對絮凝性能的 影響，結果見圖3。

 

由圖3可知，當聚丙烯酰胺用量為38. 5 mg ? IT1 時，絮凝效果最佳。用量太小時，吸附架橋作用較弱； 增加其用量時，初期吸附量增大，有利于吸附架橋，使 形成的絮體粒徑增大，絮凝效果增強;但聚丙烯酰胺又 具有一定的分散作用，用量過大時，大量的聚丙烯酰胺 吸附在懸浮顆粒上成空間保護層，阻止架橋結構的形 成，使E經絮凝的絮體重新分散，絮凝效果反而變圖4聚丙烯酰胺用量和聚鋁用置對復配體系絮凝性能的影響 Fig. 4 The effects of polyacrylamide amount and polymeric aluminnm amount on flocculation performance of the combination system由圖4可知，當聚鋁用量為1 mg ? L-1時，隨聚丙 烯酰胺用量的增加，絮凝效果先增強后減弱。當聚丙 烯酰胺用量較少時，聚鋁的電中和架橋以及聚丙烯酰 胺的吸附架橋同時發揮作用，使得絮凝效果明顯增強; 隨著聚丙烯酰胺用量的增加，分散作用阻止架橋結構 的形成，導致絮凝效果下降[8]。

 

由圖4還可知，當聚丙烯酰胺用量為39 mg ? L一1 時，隨聚鋁用量的增加，絮凝效果增強；聚鋁用量為1.5mg. L—1時，污水的透光率已高達95%以上，繼 續增加聚鋁用量，絮凝效果提髙不大。可見，聚丙烯酰 胺與聚鋁復配使用可提高絮凝效果，合成的新型聚丙 烯酰胺在復配體系中起助凝劑的作用。

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