阴离子聚丙烯酰胺的制备

毕业设计(论文)阴离子聚丙烯酰胺的制备系别：应用化学与环境工程系专业（班级）：应用化学09级1班作者（学号）：赵宜磊（50905021040）指导教师：曾小剑（讲师）完成日期：2013年1月15日蚌埠学院教务处制蚌埠学院本科毕业设计（论文）目录中文摘要..........................................................3英文摘要..........................................................4第1章绪论........................................................51.1阴离子聚丙烯酰胺的描述.....................................51.2阴离子聚丙烯酰胺的作用原理.................................51.2.1絮凝作用原理...........................................51.2.2吸附架桥原理...........................................51.3阴离子聚丙烯酰胺的用途.....................................61.3.1水处理领域.............................................61.3.2石油采油领域...........................................61.3.3造纸领域...............................................61.3.4纺织领域...............................................61.3.5其他领域...............................................71.4阴离子聚丙烯酰胺的发展现状.................................71.4.1发展现状...............................................7第2章阴离子聚丙烯酰胺的制备方法.................................82.1水溶液聚合.................................................82.2反相乳液聚合...............................................82.3沉淀聚合法.................................................82.4反相悬浮聚合法.............................................9第3章实验部分...................................................113.1实验药品设备...............................................113.1.1实验试剂...............................................113.1.2实验设备...............................................113.2实验步骤...................................................113.3结果与讨论.................................................113.3.1单体配比对HPAM分子量的影响............................113.3.2PH值对HPAM分子量的影响...............................123.3.3HLB值对HPAM分子量的影响..............................123.3.4反应温度对HPAM分子量的影响............................13第4章结论.......................................................14致谢..............................................................15参考文献..........................................................16赵宜磊：阴离子聚丙烯酰胺的制备阴离子聚丙烯酰胺的制备摘要：采用反相乳液聚合方法，以Tween-60和Span-80复配作乳化剂，丙烯酰胺（AM）和丙烯酸（AA）为单体共聚制得阴离子聚丙烯酰胺（HPAM）。主要研究了反应温度、HLB值、单体配比等因素对HPAM分子量的影响。实验结果表明：反应温度、HLB值、单体配比等因素直接影响到HPAM的分子量高低。粘度用乌氏粘度计测得。关键词：反相乳液聚合，聚丙烯酰胺，丙烯酸，影响因素蚌埠学院本科毕业设计（论文）PreparationofAnionicPolyacrylamideAbstract:ByinverseemulsionpolymerizationtoTween-60andSpan-80asemulsifiercompound,acrylamide(AM)andacrylicacid(AA)obtainedbycopolymerizingthemonomersanionicpolyacrylamide(HPAM).Mainlystudiedthereactiontemperature,HLBvalue,monomerratioandotherfactorsonthemolecularweightofHPAM.Experimentalresultsshowthat:thereactiontemperature,HLBvalue,ratioofmonomersandotherfactorsdirectlyaffectthelowmolecularweightofHPAM.ViscositymeasuredusinganUbbelohdeviscometer.Keywords:inverseemulsionpolymerization，polyacrylamide，acrylicacid，influencingfactors赵宜磊：阴离子聚丙烯酰胺的制备1绪论1.1阴离子聚丙烯酰胺的描述聚丙烯酰胺分为三种：一是阳离子聚丙烯酰胺；二是阴离子聚丙烯酰胺;三是两性聚丙烯酰胺。其中阴离子聚丙烯酰胺的英文缩写是HPAM。它有以下几个特征：本实验采用的是反相乳液聚合法，制备出的产品为白色乳液状，放置一定时间内不分层，干燥后为白色粉颗粒状，HPAM的分子量范围比较宽，最低可以到600万，最高可以到2500万。HPAM能够以任意的比例溶于水中，但是HPAM和有机溶剂不相容。阴离子聚丙烯酰胺的PH值范围是7至14。1.2阴离子聚丙烯酰胺的作用原理1.2.1絮凝作用原理阴离子聚丙烯酰胺HPAM可以作为絮凝剂使用，主要是和被絮凝物的表面发生作用。因此，用HPAM作为絮凝剂时，应充分考虑被絮凝物的表面的性质。例如动电位、粘度、悬浮液的PH值等因素[1]。其中动电位因素对整个絮凝效果影响最大。所以在被絮凝物的表面动电位为正时，使用HPAM作为絮凝剂可以获得很好地絮凝效果，它通过降低被絮凝物的动电位从而使被絮凝物凝聚沉降。1.2.2吸附架桥原理由于相同分子的表面性质一样，根据同性相斥、异性相吸原理，分子之间很难聚集到一起，因此可以选择表面性质相反的物质通过分子间的相互吸附来达到絮凝沉降的目的。HPAM就具有吸附架桥的作用[2]。利用HPAM分子吸附不同的颗粒分子，使其聚集，从而可以达到沉降的效果。1.3阴离子聚丙烯酰胺的用途蚌埠学院本科毕业设计（论文）1.3.1水处理领域在我国，HPAM在水处理领域应用是它的第二大用途[3]。HPAM在水处理工业中,主要用在三个方面：污水处理、原水处理和工业废水处理。在污水处理中，HPAM主要是用来给污泥脱水。在原水的处理中，主要是利用HPAM的吸附架桥原理，通过连接不同的悬浮颗粒使其聚集沉降，净水能力要比其他絮凝剂高很多。在工业废水处理中，HPAM不是作为主要试剂，作为配方药剂，特别试用于PH值为中性或者碱性的废水。1.3.2石油采油领域由于我国的地质条件比较特殊，国内很多大型油田都采用了聚合物驱油技术[4]。其中主要使用的聚合物就是HPAM，它在提高采油率等方面有很好的效果，因此被广泛使用在强化采油、钻井、固井、完井等采油作业中。对于我国现在已经进入中后期的油田开采来说，通过使用HPAM可以大大提高采油量。1.3.3造纸领域HPAM在造纸领域中主要是作为均度剂、助滤剂、驻留剂等[5]。它在造纸工艺中所起的作用主要有四种：一是它能够提高填料的留着率；二是可以改善浆料的脱水性能；三是可以大大改善纸张的质量；四是可以减轻造纸生产对环境的污染。HPAM能够达到上述效果主要决定于以下四个方面：离子强度、平均分子量、离子性质以及其他的共聚物的活性。1.3.4纺织领域在纺织工业中，HPAM有很多用途。例如在纺织工艺的后阶段，HPAM可以用作整理剂或者上浆剂[6]；同时HPAM可以改善织物的表面性质，提高织物的阻燃性，降低织物的静电作用；纺织工业排放的污水，可以用HPAM作为絮凝剂进行处理，从而使水得到二次利用；用作印染助剂时，HPAM可以使产品的附着牢度增大、鲜艳度提高。赵宜磊：阴离子聚丙烯酰胺的制备1.3.5其他领域在医药工业中，HPAM主要有三个用途。一是可以作为工业用水的处理剂，发挥絮凝剂的作用；二是可以通过吸附沉降作用，分离溶液中的抗菌素；三是可以作为药片的粘接剂。在洗煤、采矿作业中，HPAM可以作为絮凝剂处理作业过程中需要使用以及排放的水；此外还可以回收利用固体颗粒，大大减轻了对环境的污染；在制糖领域，利用HPAM可使蔗汁中细粒子迅速沉降，加快缩短过滤时间，提高了滤液的清澈度；在建材领域，HPAM可用作陶瓷粘接剂、锯石板材冷却剂和涂料增稠分散剂等；在建筑领域，HPAM可以加速石棉水泥的脱水、提高石膏水泥的硬度[7]。另外，HPAM还可用作无机肥料的造粒助剂[8]；皮革的保护涂层等。1.4阴离子聚丙烯酰胺的发展现状1.4.1发展现状各个国家和地区的阴离子聚丙烯酰胺的应用情况有所不同。在国外，美国和西欧的HPAM使用领域和比例大致相同，第一大领域都是水处理行业，第二大领域是造纸行业；日本的HPAM在造纸行业中使用最多，将近一半的比例，水处理行业是第二大使用领域。在国内，阴离子聚丙烯酰胺主要是用于油田的三次采油和水处理行业。表1.1列举了部分国家的具体使用情况。表1.1中国、美国、日本、西欧的阴离子聚丙烯酰胺的消费份额水处理造纸石油矿山其他中国16.910.968.1－4.1美国6025－114日本32451283西欧562911－4蚌埠学院本科毕业设计（论文）2阴离子聚丙烯酰胺的制备方法2.1水溶液聚合水溶液聚合就是把反应单体和引发剂溶解到水中进行反应。该方法是HPAM工业生产中最早采用的方法，同时也是一直被采用的主要方法，特点是聚合物产率高、操作方便简单而且环境污染小，容易得到高分子量的聚合物。目前，对水溶液聚合方法的研究己经比较广泛、深入。刘纯波等[9]利用AA、AM为单体，以AIBN为引发剂，制备了一种新型增稠剂。吴挡兰等[10]以采用氧化还原体系为引发剂，以AM和AA为单体，加入CTA，制备了低相对分子质量的共聚物。2.2反相乳液聚合本次实验采用的就是反相乳液聚合。它是先将有机溶剂和乳化剂混合在一起，然后快速搅拌均匀，接着加入引发剂进行反应。所使用的引发剂