随着工业技术的飞速发展，生产规模的不断扩大， 水体污染越来越受到关注6^,:由于絮凝方法具有成本 低、操作简单等优点，成为工农业用水和废水处理的重 要手段，而絮凝剂是絮凝技术的关键环节之一™。近 年来，无机/有机复合絮凝剂作为污水处理的较新手 段，日益受到重视™。其中聚丙烯酰胺是目前世界上 应用最广、效能较高的高分子有机合成絮凝剂。聚丙 烯酰胺的酰胺基可与许多物质亲和、吸附形成氢键。 高相对分子质量的聚丙烯酰胺在被吸附的粒子间形成 “桥联”，使数个甚至数十个粒子连接在一起，生成絮 团，加速粒子下沉，这使它成为理想的絮凝剂[4’气。高 分子絮凝剂的絮凝机理与其结构密切相关，多支状结 构的絮凝剂由于构象更为伸展而可能获得普通线形高 分子絮凝剂所达不到的絮凝效果作者采用高价铈 盐和多官能度的小分子有机物季戊四醇作为氧化还原 体系引发丙烯酰胺（AM)自由基聚合合成了一种新型 的多支状非离子型聚丙烯酰胺，并对其絮凝性能进行 了探索，拟为这种多支状聚丙烯酰胺的应用奠定一定 理论基础。

聚合反应原理如下： 

1 实验

CH2OH

I

Ce'!++ HOHjC—C—CHzOH —►Ce,+ + CH20H

CHJO •

I

*OH2C—C—CH20. + nCH2—CH

II

CH2〇.CONH!

CH2O •

I

DH2C—C—CH20 -+4H+

I

CH2〇.

CHCH

I：i 1

0CONH2

CH2

1

CH—CH2-O- CH2- C -GH2 - O—CH2 CH

III

CONH2CH,CONH2

I

o

•I

CH 厂 CH

I •…

CONH2

1.1试剂与仪器

丙烯酰胺，天津科密欧化学试剂开发中心；季戊四 醇、硅藻土，沈阳新兴试剂厂；丙酮，沈阳华东试剂厂;

收稿日期：2012 —09 —27

作者简介：程烨，男，湖北潜江人，研究方向：精细化学品的合成；通讯作者：李翠勤，讲师，E-mail:liCUiqin78®163.C〇m。

 

程烨等：一类新型聚丙烯酰胺的合成与絮凝性能研宄/2013年第1期

硝酸铈铵，北京化工厂；硫酸、无水氯化钙、氢氧化钠， 沈阳东兴试剂厂；聚铝，北京益利精细化学品有限公 司；高纯氮气，大庆雪龙气体股份有限公司。所用试剂 均为分析纯。

DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器，巩义英略 予华仪器厂；DZ-1BC型真空干燥箱，天津泰斯特仪器有 限公司；XA-I型粉碎机，江苏姜堰分析仪器厂；非稀释 型乌氏粘度计，复旦大学科技仪器厂；722型光栅分光光 度计（最大吸收波长A = 400 nm，l cm比色皿）。

1.2合成方法

首先将丙烯酰胺、季戊四醇和硝酸铈铵分别配制 成一定浓度的水溶液。向反应瓶中加入50 mL丙烯 酸胺溶液和一定体积的季戊四醇溶液。反应瓶经充分 除氧后密封，用注射器向其中加入一定量的硝酸铈铵 溶液，振荡，混合均匀，将反应瓶置于一定温度的恒温 槽中反应一定时间，用一定量的丙酮沉淀。沉淀物经 机械切碎后在丙酮中浸泡24 h，室温烘干再经丙酮回 流数小时，除去单体，在25 °C真空烘箱中烘干至恒重。

61

1.3性能测定

1.3.1相对分子质量测定

根据GB 12005. 1 — 89测定聚丙烯酰胺的特性粘 数；根据GB/T 12005. 10 — 1992测定聚丙烯酰胺的相 对分子质量（M)，关系式为：。

1.3.2絮凝性能测定

在强力搅拌下，将一定量的硅藻土分散于自来水 中，振荡，摇匀，配制硅藻土悬浮液作为模拟污水。向 具塞量筒中加入50 mL模拟污水和一定量的絮凝剂 溶液，混合10次，静置5 min。用移液管移取30 mL 清液，用分光光度计测定其透光率。

2结果与讨论

2.1新型聚丙烯酰胺合成条件的优化

在聚合反应过程中，为了得到分子量较高、水溶性 较好的多支状聚丙烯酰胺，对合成条件进行了优化，结 果见图1。 

otMrf.次贫 0*

450

(c)

420

(d)

o'^lol

4 3 3

5(1'

200 '

320

5101520253035404550

反应温度/*〇

 

图1合成条件对聚丙烯酰胺相对分子量的影响 Fig. 1 The effects of synthetic conditions on molecular weight of polyacrylamide 

由图la可见，在其它条件恒定时，随着单体质量 分数的增大，聚丙烯酰胺的相对分子量增大，当单体质 量分数为15%时，聚丙烯酰胺相对分子量达400万以 上。由图lb可见，随着引发剂用量的增加，聚丙烯酰 胺的相对分子量减小，当引发剂用量为1 mmol • L^1 时，聚丙烯酰胺的分子量达400万以上。由图lc可 见，随着反应时间的延长，聚丙烯酰胺的相对分子量先 增大后减小，反应时间为12 h时，聚丙烯酰胺相对分 子量最大，达400万以上。这是因为，反应一定时间 后，自由基几乎消耗殆尽，聚丙烯酰胺的分子产& 率变得很慢；继续延长反应时间，聚丙烯酰胺；

聚丙烯酰胺的相对分子量增大，反应温度为 47 t；时，聚丙烯酰胺相对分子量达400万以上。实验 过程中发现，当反应温度低于60 °C时，聚丙烯酰胺均 溶于水（20 °C除外），当反应温度高于60 °C时，聚丙烯 酰胺在水中仅发生溶胀。这是因为，反应温度过高时， 形成的水溶性聚丙烯酰胺会发生交联，溶解性变差。 2.2新型聚丙烯酰胺的絮凝性能 2.2.1 pH值对絮凝性能的影响

采用稀H2 SQ,和NaOH溶液调节模拟污水体系 pH值，考察体系PH值对聚丙烯酰胺絮凝性能的影 响，结果见图2。

100 r

02468101214

pH值

图2体系pH值对聚丙烯酰胺絮凝性能的影响 Fig. 2 The effect of pH value on flocculation performance of polyacrylamide

由图2可知，在酸性和中性条件下，絮凝效果不是 很明显，而且絮块较小；当pH值大于10时，絮凝效果 明显，而且水体中有大的絮块产生。这可能是因为，在 酸性和中性体系中时，聚丙烯酰胺仅靠本身的高分子 长链通过分子间的吸附作用进行架桥而起到絮凝作 用，而且部分分子链处于蜷曲或缠结状态，故絮凝效果 不很理想。而在碱性体系中时，非离子型聚丙烯酰胺 发生水解反应，少部分酰胺基转变为羧基，高分子链带 有部分的电荷，电荷间的斥力作用使得高分子链得以 伸展，吸附和架桥作用更加明显，故絮凝效果较好，但 絮块仍不是很大。

2.2.2聚丙烯酰胺用量对絮凝性能的影响

PH值为12,考察聚丙烯酰胺用量对絮凝性能的 影响，结果见图3。

由图3可知，当聚丙烯酰胺用量为38. 5 mg* L-1 时，絮凝效果最佳。用量太小时，吸附架桥作用较弱; 增加其用量时，初期吸附量增大，有利于吸附架桥，使 形成的絮体粒径增大，絮凝效果增强；但聚丙烯酰胺又 具有一定的分散作用，用量过大时，大量的聚丙烯酰胺 吸附在悬浮颗粒上成空间保护层，阻止架桥结构的形 成，使己经絮凝的絮体重新分散，絮凝效果反而变

图3聚丙烯酰胺用量对絮凝性能的影响 Fig. 3 The effect of polyacrylamide amount on flocculation performance

2.3复配体系的絮凝性能

将无机絮凝剂聚铝和高分子絮凝剂聚丙烯酰胺复 配处理模拟污水，并考察聚铝用量为1 mg • L-1时聚 丙烯酰胺用量对絮凝性能的影响，以及聚丙烯酰胺用 量为39 mg • L-1时聚铝用量对絮凝性能的影响，结果 见图4。

由图4可知，当聚铝用量为1 mg • L-1时，随聚丙 稀酿胺用量的增加，絮凝效果先增强后减弱。当聚丙 稀酰胺用量较少时，聚铝的电中和架桥以及聚丙烯酰 胺的吸附架桥同时发挥作用，使得絮凝效果明显增强; 随着聚丙烯酰胺用量的增加，分散作用阻止架桥结构 的形成，导致絮凝效果下降w。

由图4还可知，当聚丙烯酰胺用量为39 mg •

时，随聚铝用量的增加，絮凝效果增强；聚铝用量为 1. 5 mg . L-1时，污水的透光率己高达95%以上，继续 增加聚铝用量，絮凝效果提高不大。可见，聚厂 与聚铝复配使用可提高絮凝效果，合成的新3 酰胺在复配体系中起助凝剂的作用。  

3结论

确定了新型聚丙烯酰胺的优化合成条件为：单体 质量分数15%、引发剂用量1 mmol • C1、反应时间 12 h、反应温度47 °C，在此条件下，合成得到的新型聚 丙烯酰胺相对分子量达400万以上，且具有很好的水溶 性。该新型聚丙烯酰胺对模拟污水具有一定的絮凝性 能，在碱性体系中与无机絮凝剂聚铝复配时，絮凝效果 更佳，可将模拟污水的透光率由30%提高到90%以上。