制备阴离子聚丙烯酰胺影响因素的研究.

1、 s types proved it.化学工程师Sum 118N o 17Chem ical Engineer 2005年 7 月文章编号 :1002-1124(2005 07-0005-03科研与开发制备阴离子聚丙烯酰胺影响因素的研究周 华, 胡 瑞, 李田霞 , 陈存华 , 罗再刚(华中师范大学化学学院 , 湖北武汉 430079摘 要:采用新型氧化 -还原体系 , 以丙烯酰胺 (AM 和丙烯酸 (AA 为单体共 聚得到阴离子聚丙烯酰胺 (HPAM 。研究了 E DT A 用量、反应温度等对 HPAM 制 备的影响。结果表明 :E DT A 用量、反应温度等直接影响到 HPAM 的分子量高

2、低 与溶解性好坏。用傅立叶红外光谱仪对一定工艺条件下所得产物进行表征 , 证明可 得到分子量高且溶解性能好的 HPAM 。关键词 :聚丙烯酰胺 ; 丙烯酰胺 ; 丙烯酸 ; 影响因素中图分类号 :TQ 314. 253 文献标识码 :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阴离子聚丙烯酰胺 (HPAM 在污水处理中是一类应用非常广泛的有机高分 子物质, 其高分子链上所带的活性酰胺基团 , 阴离子羧基基团可以和多种物质发生物理、化学反应 , 用 其

4、作为絮凝剂具有用量少、效果好的特点。目前 , 作为有机絮凝剂的高分子聚丙烯酰胺系列产品在美国、日本、欧洲各国的用量已占有机絮凝剂总量的75% 80%左 右1。阴离子聚丙烯酰胺的合成方法主要有均聚法和共聚法 , 目前, 国内的聚丙烯酰胺工业生产大都采用均聚共水解或均聚后水解工艺。其缺点在于工艺复杂; 水解度难 以控制; 生产过程中放出大量的氨 , 腐蚀设备 , 污染环境。而共聚法没有水解工序 , 生产周期短 , 无污染; 尤其近年来随着丙烯酸生产成本的降低和质量的提高 , 使得用 丙烯酰胺与丙烯酸共聚生产阴离子聚丙烯酰胺成为当前研究的重点 2 。本文旨在 研究在某种氧化 -还原引发体系下 , 制

5、备高分子量速溶阴离子聚丙烯酰胺的影响因 素。1 实验部分1. 1 主要仪器及试剂PH B -1型 pH 计(上海宇隆仪器有限公司 ;乌氏粘度计; 电子天平; 超级恒温水浴 ; PE S pectrum -2000傅立叶红外光谱仪。丙烯酰胺(AM (C. R. ; 丙烯酸(AA (C. R. 经减压蒸馏 -重结晶方法提纯 ; 氢氧 化钠、CT A 、E DT A 等其它试剂均为化学纯 ; 引发剂自配。:制备阴离子聚丙烯酰胺影响因素的研究2005年第1. 2 实验步骤在反应器中加入配好的反应液 , 通入高纯氮气以驱除氧气 , 加入引发剂引发反 应。反应结束后取出产物测定其固含量 3、特性粘数 4、

6、水解度 5 、分子量 6。2 结果与讨论2. 1 E DT A 用量对HPAM 分子量的影响从图1可以看出, 随着E DT A 用量的增加, 产物分子量迅速增大 ; 达到一定量 后, 再增加其用量 , 产物分子量反而下降。这是因为 , E DT A 的作用是络合反应液中 的杂质, 有利于产物分子量的增大。当 E DT A 用量达到一定值后 , 反应液中杂质的 影响已收稿日期 :2005-04-22作者简介:周华（1978- , 男, 硕士研究生 , 主要从事水处理化学药剂方面的研究。06 周 华等经不大, 此时E DT A 反而起到了分散剂的作用 , 导致产物分子量的下降。因此 , 控制E D

7、T A 用量在 1210-4g ? L -1比较好引发剂102/g ? L -1图 3 引发剂用量对 HPAM 分子量的影响2. 4 单体配比对 HPAM 分子量的影响E DT A 104/g ? L -1AA =由于两种单体竟聚力的差异 AM =1. 0、0. 357, 从图 4可以看出, AM 比例的升高, HPAM 图1 E DT A 用量对 HPAM 分子量的影响2. 2 反应温度对 HPAM分子量的影响选择 R =反应温度/图 2 反应温度对 HPAM 分子量的影响R =n (AA /n (AM由图 2可以看出 , 随着反应温度的升高 , 产物的分子量先升高而后逐渐下降。这 可能是由

8、于在低温条件下 , 自由基产生缓慢 , 诱导期长 , 从而有利于链增长反应而得 到高分子量的产物。但反应温度过低 , 容易造成反应太慢 , 以致在给定时间内部分原 料未参与反应而得不到高分子量的产物。随着反应温度的升高 , 反应初期产生的自 由基越多 , 反应速度过快 , 导致产物分子量降低。因此 , 反应温度控制在 2426较 合适。图 4 单体配比对 HPAM 分子量的影响2. 5 单体总浓度的影响定条件下, 改变单体总浓度 , 所得HPAM 的分子量与溶解性见表 1。表 1 单体总浓度的影响单体总浓度 /%分子量 10-7溶解性251. 511301. 808351. 863401. 8

9、47好好较好差2. 3 引发剂用量对 HPAM 分子量的影响一般说来, 引发剂用量越少 , 所得聚合产物分子量越高。但事实并非如此 , 引发 剂用量太少时 , 反应难以引发或是反应速度太慢 , 以致一定时间内得不到高分子量的产物。而引发 剂用量太多时 , 产生自由基速率高 , 自由基相互碰撞而终止的几率也大 , 使链终止速 率高。同时反应速度过快 , 体系热量不易释放 , 温度骤升, 这些都导致产物分子量的 降低。从图 3中可以看出, 适宜的引发剂用量为 (2. 42. 5 10-2g ? L -1AM 的聚合反应是自由基聚合 , 分子量随单体浓度的升高而增大 , 但浓度过高, 聚合放热不易使

10、体系温度骤升 , 链终止速度加快导致分子量降低 , 浓度过高也容易造成分子间交联 , 使溶解性下降。本研究中 , 适宜的单体总浓度为 30%左右。2. 6 链转移剂（CT A 的影响加入 CT A 的目的是防止聚合后期交联和控制分子量。在链转移反应中 , 正在 增长的链自由基夺取 CT A 的原子, 失去活性而终止反应。如果这个终止的自由基 是支化的高分子链 , 那么CT A 起到了避免分子内交联的作用 , 有利于产物溶解性的 提高; 如果终止的自由基是正常增长的线性高分子链 , 则（下转第 33 页2005年第 7 期佘海燕 :河湖沉积物对重金属吸附 -解传统吸附热力学理论面临的吸的研究概况

11、 38 潘纲 1 亚稳平衡态吸附理论33the sedimentsJ.W at. Sci. T ech ,1998,37(6-7 :283-290117 黄廷林 . 水体沉积 物中重金属释放动力学及试验研究 J.环挑战与发展 J.环境科学学报 ,2003,23(2 :156-17319何宏平, 等 1蒙脱石等粘土矿物对重金属离子吸附选择性的实境科学学报 ,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

13、tion s orption to oxides :Macro 2scopic observations and their significance in m icroscopic interpretation J.Journal of colloid and interface science ,1995,195:149-155121 M ichael J. Ang ove ,et al. The in fluence of tem perature on the ads orp 2tion of Ca 、 C o on g oethite J.Journal of colloid and

14、 interface sci 2ence ,1999,211:281-29022 F. ,et cadm ium ions from aqueouss m .C olloids and surfaces -1J.环验研究J.矿物学报 ,1999,19(2 :231-235110张岚, 等. 高含沙水体中黄土吸持和释放铜的机理 J.环境科学,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

15、003,37:948-952112 S oltan. M. E ,Rashed.M. N and T aha. G. M. Heavy metal levels andads orption capacity of Nile river sedimentsJ.Int.J. Environ. Anal. Chem 1,2001,80(3 :167-186113F. Barbier ,G. Duc ,M. Petit -Ramel. Ads orption of lead and cadm i 2um ions from aqueous s olution to the m ontm orillo

16、nite/water interface J.C olloids and Surfaces ,A :Physicochem ical and Engineering As 2pects ,2000,16:153-159114金相灿. 沉积物污染化学 M. 北京:中国环境科学出版社 ,19921147-250115栾兆坤, 汤鸿霄. 污染水体重金属化学稳定性的研究 J.环境科学,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 页CT A 。因此, 要选择产物进行了分析 , 红外谱图中,3190cm -1处是酰胺基的强吸收带 ,1666cm -1处是羧基离子吸收带。适当的 CT A并恰当控制其用量才能获得高分子量和溶解性好的 HPAM 。本研究对几种 CTA 进行了实验比较 , 综合考虑选择了其中一种 , 其用量对 HPAM 分子量及溶解性的 影响见表 2。表 2 链转移剂 (CT A 的影响CT A 用量 103 结论(1 在本研究采用的新型氧化 -还原体系下, HPAM 的分子量随着 E DT A 用量、 反应温度、引发剂3. 01. 7233. 51. 6694. 0

18、1. 6014. 51. 518分子量 10-7溶解性差较好好好用量的增大先是增大 , 到一定值后 , 又逐渐减小。随着单体总浓度、链转移剂 (CT A 用量、pH 值的增大, HPAM 的分子量逐渐减小 , 而溶解性则变好。(2 本研究采用的新型氧化 -还原体系 , 选择适宜的条件 , 可得到分子量达 2. 107107, 水解度 23. 2%, 溶解性能好的 HPAM 。参考文献1吴晓艺, 王静文. 高分子聚丙烯酰胺的合成研究 J.沈阳工业由表 2可以看出 , CT A 用量控制在 (3. 54. 010-5g ? L -1 的范围内较好。2. 7 pH 值的影响在不同的 pH 值条件下反应 , 最终