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Poly（AM/AMPS）反相乳液的Hofmann降解及其应用研究

作　者: 张保良
导　师: 王洪运
学　校: 山东大学
专　业: 化学工程
关键词: 丙烯酰胺反相微乳液 Hofmann降解铜离子 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸
分类号: X703.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

聚丙烯酰胺是一种应用最为普遍的水处理絮凝剂,经过多年的研究,聚合机理和聚合方法已经非常成熟,而且已经开发了一系列的产品,得到了很多类型的聚丙烯酰胺絮凝剂,适应不同环境的需求。现代工业的高速发展和重工业的急剧增长,以及人类对环境的破坏越来越严重,造成了环境急剧恶化,空气、土壤、水、生物等遭受了严重的污染。目前,天气异常变得越来越明显,很多地方人们的生活已经受到严重影响,对人类的生存带来了严重的威胁。现在许多国家对环境保护越来越重视,并制定很多法律和采取很多措施来保护环境和消除污染。其中水污染更为普遍,更为严重,尤其在中国。国家为了高速发展经济,不惜破坏环境,多年来都采取先污染后治理的方式去发展工业,造成环境和水资源的严重污染和破坏。其中重金属污染最为严重,由于其毒性具有持久性,不易被生物降解,对环境危害最大。重金属的污染最普遍的污染方式是对水的污染,所以处理含重金属污染的废水亟待解决。我国水资源分布不平衡,多数地区缺水严重,急需将污染的水进行净化后重复利用。所以对重金属污水的脱除是最为急迫的事情,2011年国家将防治重金属污染作为污染防治工作的头等大事。目前,由于人们对环境要求的提高以及污水处理环境的复杂,以往的聚丙烯酰胺很难达到要求,所以开发新型产品是非常紧迫的事情。能够吸附重金属离子的高分子絮凝剂也已经被广泛的研究,但是研究方法尚未成熟,价格较高,环境适应性较差,不能满足一些环境处理的要求。为了提高重金属脱除率,增加环境适应性,降低生产成本。本文通过Hofmann降解反应制备对重金属离子具有高效吸附作用的两性聚合物聚(丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸／乙烯胺)(Poly(AM/AMPS/VAm))。首先以AM和AMPS为单体,通过反相乳液聚合法制备了Poly(AM/AMPS)反相乳液,然后在反相乳液中通过Hofmann降解反应将Poly(AM/AMPS)的部分酰胺基转变为氨基,得到两性聚合物Poly(AM/AMPS/VAm)。讨论了合成条件、降解反应条件对产物性能的影响。利用红外光谱对其结构进行表征,并利用电导法测定其胺化度。在模拟废水环境下,进行了重金属离子的脱除实验,研究了搅拌时间、温度、pH值、重金属离子摩尔浓度及两性聚合物Poly(AM/AMPS/VAm)的用量对重金属离子脱除率的影响。用SEM对Poly(AM/AMPS/VAm)l吸附铜离子前后表面进行扫描,从产物表面的变化进行产物性能表征。结果表明该两性聚合物Poly(AM/AMPS/VAm)是一种非常有效的重金属脱除剂。

全文目录

摘要  10-12
ABSTRACT  12-14
符号说明  14-15
第一章绪论  15-33
  1.1 引言  15-16
  1.2 聚丙烯酰胺  16-23
    1.2.1 聚丙烯酰胺的分类  16-17
    1.2.2 聚丙烯酰胺的聚合方法  17
    1.2.3 聚丙烯酰胺的自由基聚合及引发剂  17-19
    1.2.4 阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备  19-23
      1.2.4.1 丙烯酰胺与阳离子单体共聚  19-21
      1.2.4.2 聚丙烯酰胺的阳离子改性  21-23
  1.3 天然高分子接枝改性法  23-27
    1.3.1 淀粉接枝改性  23-24
    1.3.2 甲壳素和壳聚糖接枝改性  24-26
    1.3.3 纤维素接枝改性  26-27
  1.4 重金属  27-30
    1.4.1 重金属污染  27-28
    1.4.2 Cu~(2+)污染  28
    1.4.3 Cu~(2+)脱除方法  28-30
  1.5 课题的提出  30-33
第二章 Poly(AM/AMPS)反相微乳液的合成  33-41
  2.1 实验部分  33-34
    2.1.1 实验试剂  33
    2.1.2 实验仪器  33-34
  2.2 实验方法  34
    2.2.1 反相乳液形成实验  34
    2.2.2 AM和AMPS共聚实验  34
  2.3 聚合物性能测试  34-36
    2.3.1 乳液固含量的测定  34
    2.3.2 共聚物分子量的测定  34-35
    2.3.3 聚合物阴离子含量的测定  35
    2.3.4 产物结构表征  35-36
    2.3.5 产物表观粘度测定  36
  2.4 聚合物的制备  36-39
    2.4.1 Poly(AM/AMPS)聚合物组成  36
    2.4.2 反相乳液的固含量为  36-37
    2.4.3 聚合物的分子量  37
    2.4.4 聚合物阴离子含量  37
    2.4.5 产物的结构:红外光谱图和核磁共振氢谱  37-38
    2.4.6 共聚物表观粘度的影响  38-39
  2.5 本章小结  39-41
第三章聚丙烯酰胺反相乳液的Hofmann反应及其性能评价  41-58
  3.1 实验部分  41-44
    3.1.1 实验试剂  41-42
    3.1.2 实验仪器  42
    3.1.3 反应方法  42
    3.1.4 产物的测试和表征  42-44
      3.1.4.1 产物胺化度的测定  42-43
      3.1.4.2 产物结构表征  43
      3.1.4.3 不同条件下产物对Cu~(2+)脱除性能测试  43-44
      3.1.4.4 产物对其他几种重金属离子的脱除性能测试  44
  3.2 聚丙烯酰胺反相乳液的Hofmann反应  44-50
    3.2.1 Hoffman降解反应影响因素的研究  44-48
      3.2.1.1 次氯酸钠用量对Hoffman降解反应的影响  45
      3.2.1.2 氢氧化钠用量对Hoffman降解反应的影响  45-46
      3.2.1.3 时间对Hoffman降解的影响  46-48
    3.2.2 产物的结构表征  48-50
      3.2.2.1 红外光谱  48-49
      3.2.2.2 扫描电镜  49-50
  3.3 产物的脱除性能的评价  50-57
    3.3.1 Hofmann降解反应的产物对Cu~(2+)脱除性能的影响  50-51
      3.3.1.1 AMPS不同质量含量对产物Cu~(2+)脱除性能的影响  50-51
      3.3.1.2 胺化度对产物Cu~(2+)脱除性能的影响  51
    3.3.2 脱除实验中各种因素的影响  51-57
      3.3.2.1 搅拌时间对Cu~(2+)脱除率的影响  51-53
      3.3.2.2 温度对Cu~(2+)脱除率的影响  53-54
      3.3.2.3 pH值对Cu~(2+)脱除率的影响  54
      3.3.2.4 Poly(AM/AMPS/VAm)用量及Cu~(2+)浓度对Cu~(2+)脱除率的影响  54-56
      3.3.2.5 多次重复利用的Poly(AM/AMPS/VAm)对Cu~(2+)脱除率的影响  56
      3.3.2.6 Poly(AM/AMPS/VAm)对Pb~(2+)、Ni~(2+)、Mn~(2+)的脱除  56-57
  3.4 本章小结  57-58
第四章结论  58-60
参考文献  60-68
致谢  68-69
硕士期间发表学术论文  69-70
学位论文评阅及答辩情况表  70

Poly（AM/AMPS）反相乳液的Hofmann降解及其应用研究

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