两性聚丙烯酰胺的合成及应用：
两性聚丙烯酰胺的合成及应用，主要研究两部分的内容。第一部为两性聚丙烯酰胺的合成，通过曼尼希反应改性阴离子型的聚丙烯酰胺制备 了两性的聚丙烯酰胺，并讨论了反应时间，反应温度，反应物的浓度对胺化度的影响。第二部分为将合成的产品应用 于不同废水,进行絮凝实验，研究了无机絮凝剂单独使用和同有机絮凝剂配合使用的效果，采用测上清液透过率方 法，并和改性前的阴离子型，非离子型聚丙烯酰胺对比。结果发现，两性聚丙烯酰胺有很好的絮凝效果，优于同类的其他絮凝剂。
目前在工业水和废水的处理中，国外大量使用各 种有机高分子絮凝剂，.这种新型的水处理剂不但使用 简便，其絮凝效果比传统的无机盐絮凝剂大十几倍至 几十倍。此外，它还有絮凝和沉降速度快，污泥脱水 效率高，对某些废水的处理有特效，所用设备简单，占 地面积小，处理成本低，废水能回收循环利用等优点。 聚丙烯酰胺（PAM)是主要的品种[1]。近年来两性聚 丙烯酰胺的开发大有后来居上的趋势，两性聚丙烯酰胺的合成及应用，据报道日本已 将这种絮凝剂商品化，我国对这方面的研究还处于初 步的阶段[2]。本文主要介绍了在阴离子型聚丙烯酰 胺的基础上通过曼尼希反应引入胺类物质，常用胺有 二甲胺,二乙胺，二乙醇等，也有用哌啶的，这些胺类 物质目前我国还需要进口，所以我们实验合成釆用了 能国产而且价格便宜的二甲胺改性[3],制备的两性聚 丙烯酰胺应用于废水处理。
M实验部分
1.1实验药品
阴离子聚丙烯酰胺（工业品，相对分子质量约 700万），甲醛，二甲胺，盐酸。
1.2实验方法
通过正交实验的方法，找出最佳合成条件。在 PAM水溶液中，按比例加入预先混合的甲醛和二甲 胺,控制反应温度，反应时间，制备两性的聚丙烯酰 胺，合成反应按下式进行：
la结果讨论
2.1胺/醛比对胺化度的影响
氨甲基化度又称胺化度，它是决定产品质量的重 要指标[4]。使用甲醛和二甲胺改性时，常采用胺/醛 比大于1的条件，这样体系的pH值大于7,因为此反 应在碱性条件下才能进行[5]。但二甲胺也不能太多， 太多不仅增加成本，还会影响产品的质量。本次实验 通过盐酸滴定法来测其胺化度[6]。
表1胺化度与原料配比的关系（物质的量比>
丙烯酰胺/mol甲酸/mol二甲胺/mol胺化度（％)
1.00.50.612.47
1.00.850.923.76
1.01.01.236.34
注：反应温度为40^,反应时间为5 h，聚合物的相对分子质
量为700万左右。•
2.2反应浓度对胺化度的影响
反应体系的浓度越高，粘度也越高，从图1中可 以看出随着反应物浓度的增加，胺化度不断的提高，但增加到3%时，体系的粘度很大，搅拌发生困难，这 样会导致反应不均，反而不利于胺化度的提高，所以 3%的浓度已经足够了。
反应温度是影响胺化度的一个因素，从图2中可 以清楚的看到随着温度的升高，胺化度先增加后来又 有所降低，这是因为温度提高，体系的粘度有所下降, 从而有利于搅拌，但温度过高时，羟甲基基团间的交 联和产物的PAM的链节可能发生降解，同时温度过 高会使甲醛，二甲胺挥发，进而影响反应。
2.4反应时间对胺化度的影响
反应时间是影响胺化度的又一个重要的因素，从 图3中可以看出，两性聚丙烯酰胺的合成及应用，随着温度的升高，胺化度先增加后 有所降低，反应时间为4 h,胺化度达到最高，但反应 时间太长，可能会出现交联现象，而且经济上也不合 算，所以反应时间保证在4 h左右就可以了。
15
2535455565
反应温度/'C
图3反应时间与胺化度的关系 2.5絮凝实验
在工业水处理和污水处理中，首先要对原水进行 澄清处理，常用PAM和无机絮凝剂配合使用，这样可 以大大降低无机絮凝剂的用量，而且还可以避免无机 絮凝剂大量使用而阻塞和腐蚀设备，并防止结垢，采 用有机絮凝剂通过吸附架桥作用使杂质颗粒形成大 的矾花，有利于沉降和后序处理工作。以下分别采用 非离子PAM,阴离子PAM处理垃圾废水和含油废 水〇
从图4中可以看出，单独使用PAC时的处理效 果不是很理想，形成的矾花细小，不容易沉降，产生上 述结果的原因是无机絮凝剂能起到压缩胶体颗粒表 面双电层，降低界面电位和电中和的作用，使胶体凝 聚并带走废水中的悬浮颗粒形成细小矾花。
50 -
40 '
30 ^11
200600100014001800
PAC投加量八mg/L)
图4 PAC用量和透过率的关系
图2反应温度与胺化度的关系
而单独使用有机絮凝剂效果也不是很理想，这是 因为有机絮凝剂虽然有一定的压缩双电层的作用，但 其主要功能为吸附架桥的作用，若大量使用有机絮凝 剂可能会带有更多阳离子，两性聚丙烯酰胺的合成及应用，此时较多的有机絮凝剂可 能会在胶体颗粒表面形成覆盖，使胶体分子重新脱稳 而分散
图5为两性聚丙烯酰胺的PAC配合使用处理垃 圾废水时，透过率与投加量之间的关系。我们可以看 出，透过率先增加后有所降低，产生上述原因是在加 人PAC后再加人PAM,可充分利用PAM对经凝聚作 用后，带电荷的胶体颗料进行吸附电中和，并通过架 桥作用形成大而结实的矾花，因而这两种絮凝剂配合 使用可以大大提高上清液的透过率，而且形成了粗壮 的矾花[8另外我们从图5中也能清楚的看出两性 PAM是性能优于非离子型PAM。
图6为两性聚丙烯酰胺和PAC配合使用处理含 油废水，透过率的规律同上，两性聚丙烯酰胺的合成及应用，我们也采用了改性前的 阴离子型PAM进行实验，效果很差，上清液始终浑 池，形成的矾花细小。从而说明了改性后的PAM有 很好的适应，能适应成分复杂的废水。
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