引言

在处理综合废水及较难脱水的胶体废水发挥巨大作用。 

两性聚丙烯酰胺的制备及其絮凝性能研究，使用两性聚丙烯酰胺处理废水，具有较大的滤 水量，较低的滤饼含水率，并且能在较大pH范围内 使用[-2]，其综合性能优于传统的阴、阳离子聚丙烯 酰胺[-5]，具有广泛的应用前景。两性聚丙烯酰胺 的合成方法分为共聚法16]和大分子改性法。虽然 共聚法产品不需任何改进，基本无“三废”，投资设备 少，生产成本低，但该方法首先要制得两性离子对单 体，要求离子对单体结构相似，不易发生自发聚合， 且聚合时还得设法除去单体中的抗衡离子的影响。 而大分子改性法是基于聚丙烯酰胺进行Maj- nichl-9]或Hoffmannl10]反应，使聚丙烯酰胺产生阳 离子性，并且都是需要进行季胺化才能在大范围的 pH值内显示阳离子性，这两种方法简单易行，可现 场操作。但是Mannich反应的季胺化试剂硫酸二甲 酯(或氯化烷）和Hofmann反应的季胺化试剂高浓 度次氯酸钠均有剧毒，会对环境造成危害。

阴离子聚丙烯酰胺由于价格稍低，在选矿、造纸 以及厂矿污水处理等领域应用较多，且效果很好;阳 离子聚丙烯酰胺价格高，广泛在公共财政支撑的城 市生活污水处理领域。两性聚丙烯酰胺具有沉淀性 能好，泥饼含水率低且用量少等优点，而且分子独 特，比较适合处理其他絮凝剂难以处理的场合。

本文通过Mannich反应制备了一种两性聚丙烯 酰胺，并尝试了新的季胺化试剂，发现碳酸二甲脂做 季胺化试剂不仅绿色环保，并且具有较好的絮凝效 果和较广的使用范围。

1实验部分

1- 1实验药品

阴离子型聚丙烯酰胺，工业品，两性聚丙烯酰胺的制备及其絮凝性能研究，分子量1600~ 1700万，任丘市天时化工有限公司；甲醛，分析纯， 济南白云有机化工有限公司；二甲胺，化学纯，北京 益利精细化学品有限公司；碳酸二甲酯，分析纯，天 津市光复精细化工研究所;盐酸，氯化铵，分析纯，北 京北化精细化学品有限责任公司。

1.2实验仪器

721型分光光度计，上海精密科学仪器有限公 司；NEXUS 670型傅立叶红外光谱仪，美国Nicolet

公司。

1.3试验方法

在搅拌的条件下，先向聚丙烯酰胺溶液中加入 甲醛，在一定温度下反应0.5h后，再向反应溶液中 加入二甲胺，继续反应4h后，完成甲基化反应，然 后降低温度至30 °C加入季胺化试剂反应0. 5h后， 完成季胺化反应。进行絮凝实验，用具塞量筒装入 200mL 3 %。的高岭土溶液，静止一段时间后，测量其 吸光率A 0,然后再加入絮凝剂，翻转20次，再静止 相同的时间，测其吸光率A 1。

2结果与讨论

2.1醛胺的用量对絮凝性能的影响

在使用甲醛和二甲胺改性时，胺与醛物质的量 比大于1,这样可以保证反应体系的pH值大于7, 此反应须在碱性条件下进行，但是，如果二甲胺的量 用量过多，不仅会增加成本，还会影响产品的絮凝性 能，结果如图1所示。

 

图1聚丙烯酰胺与甲醛和二甲胺物质的量比与 两性聚丙烯酰胺絮凝性能的关系

Fig. 1 Effect of the molar ratio of PAM to dimethylamine and PAM to formaldehyde on the sedimentation ratio of AmPAM

由图1可以看出：在固定醛和聚丙烯酰胺为一 定用量时，在聚丙烯酰胺与二甲胺物质的量的比达 到1: 1. 2时，其絮凝性能达到最大;而当固定胺和聚 丙烯酰胺为一定比例时，在聚丙烯酰胺与甲醛物质 的量的比达到1: 1. 1时,絮凝效果最好。故选择聚 丙烯酰胺、甲醛与二甲胺的物质的量的比为1: 1. 1: 1. 2来进行曼尼奇反应。

2.2反应物质量分数对絮凝性能的影响

本实验由于使用的是高分子量的阴离子聚丙烯 酰胺,故其在配成水溶液时会显示出很大的粘性，如 果浓度太小，则反应产物就会含量很低，浪费资源， 如果浓度太大，其体系黏度就会非常大，即使搅拌速 度很大，也不会使溶液反应充分，并且过度的搅拌会 打断分子链,使分子量降低，影响其絮凝性能，实验 结果如图2所示，由图2可以看出：当聚丙烯酰胺的 质量分数为1%时，两性聚丙烯酰胺的制备及其絮凝性能研究，沉降率最大，絮凝效果最好。

2.3反应温度对絮凝性能的影响

反应温度是影响两性聚丙烯酰胺絮凝性能的一 个重要因素，因为反应温度不同，其物质的反应活性 不同。温度过低时，聚丙烯酰胺活性不够，分子链活 动小，不能充分和甲醛和二甲胺反应.而且反应体系

黏度高，搅拌困难，聚丙烯酰胺易成团，形成‘鱼眼”。 温度过高时，产物易发生交联，搅拌时易打断分子

链，使分子量降低，并且还会增加成本。

951

 

 

图2反应物质量分数与两性聚丙烯酰 胺絮凝性能的关系

Fig. 2 Effect of the mass fraction of PAM on the sedimentation ratio of AmPAM

从图3可以看出：在温度45 °C的时候,沉降率 最大,达到了 95%,因此45 °C是最佳温度。

 

L_U

4 0 6

99(8

0/0/齋逢垢

 

 

图3反应的温度与两性聚丙烯酰胺絮凝性能的关系

Fig. 3 Effect of the reaction temperature of PAM on the sedimentation ratio of AmPAM

2.4反应时间对絮凝性能的影响

反应时间是在反应过程中的一个重要因素，两性聚丙烯酰胺的制备及其絮凝性能研究，反 应时间的长短直接决定了反应是否充分，在反应过 程中阴离子型聚丙烯酰胺被转化为两性聚丙烯酰胺 的程度，由图4可以看出，在反应4h后所得的两性 聚丙烯酰胺的最大沉降率最大,絮凝性能最好，时间 过长，体系就会发生交联,所制得产品很难溶解，对 两性聚丙烯酰胺的投放产生影响。

2.5不同季胺化试剂对絮凝性能的影响

由甲醛和二甲胺改性制得的聚丙烯酰胺是叔胺 型，故需要将其季胺化，以前用的季胺化试剂大多用 硫酸二甲酯或者氯甲烷[11]，但是其毒性和致癌性,

以及对仪器的腐蚀，使其在绿色化学方面有很大不 shing House. All rights reserved, http://www.cnki.net 

9695949392—

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图4反应时间与两性聚丙烯酰胺絮凝性能的关系

Fig. 4 Effect of the reaction time on the sedimentation ratio of AmPAM

足，故本试验尝试采用碳酸二甲酯来代替[12]，同时 也采用其他试剂来季胺化[13]，希望找出最佳效果。 因为阴离子型的聚丙烯酰胺在中性和酸性条件下表 现出很好的絮凝性能，在碱性条件下略差，而两性的 聚丙烯酰胺在未经过季胺化之前与阴离子型聚丙烯 酰胺性质基本一致，表现不出阳离子性来，所以，只 要比较碱性条件下的絮凝性能，就能分辨出季胺化 试剂的效果。

表1可以看出，碳酸二甲酯作季胺化试剂絮凝 沉降效果好。两性聚丙烯酰胺的制备及其絮凝性能研究，由图5可以看出，反应后形成的两性 聚丙烯酰胺在广泛的pH范围内，都有较好的絮凝 效果，都达到90%以上。

值

H

p

的

同

不

在比

al

V

H

p

图5 季胺化的AmPAM 范围内的沉降率变1 Fig. 5 Variation in sedii of AmPAM with

 

1 — AmPAM； 2- 图6产物和原料的红外 Fig. 6 FT-IR spectra oj

原PAM谱图所没有的峰，而」 化后的特征官能团峰，其他的m 明，阴离子型聚丙烯酰胺经过i 聚丙烯酰胺。

 

 

表1不同的季胺化试剂在碱性条件下最大沉降率

Table 1 Sedimentation ratio of AmPAM with different quaternized reagents

试剂最大沉降率/%

原PAM溶液66. 70

氯化铵和盐酸季胺化后的溶液83. 30

碳酸二甲酯季胺化后的溶液95

PAM

'光谱对比分析

f the polymers

且这都是反应后季胺 $两者基本一致，这说 应，已经转变成两性

2. 6两性聚丙烯酰胺的红外分析

图6是反应产物和反应原料的红外光谱对比分 析图，两性聚丙烯酰胺的制备及其絮凝性能研究，从图6可以看出，3381. 3 cm- 1为N-H健的 伸缩振动峰，2935. 2cm- 1为C -H健伸缩振动峰， 1658. 3cm- 1伯酰胺的强吸收带即羰基的伸缩振动 峰，1564. 7 cm- 1为季胺化后一CO —NH -C —健的

-1

为季胺盐的C 一N健伸缩

伸缩震动峰，1045. 5 cm

振动峰。

通过原PAM和反应后的PAM的红外光谱图

3结论

(1)对阴离子型聚丙烯酰) 进行了研究，经系统试验，得到 聚丙烯酰胺、甲醛和二甲胺的, 1: 1. 1: 1. 2,聚丙烯酰胺反应| 温度为45 °C，反应时间为4h。

(2)对曼尼奇反应产物进^ 定了使用碳酸二甲酯作为季胺 产物在较宽的pH值范围内具 红外光谱分析，阴离子型聚丙; 转变成两性聚丙烯酰胺。

按的曼尼奇反应工艺 J优化的工艺条件为： 反应物质的量的比为 §量分数为1%,反应

亍季胺化反应研究，确 ?化试剂，所得季胺化 :有良好的絮凝效果。