06本科毕业设计(论文)模板

1中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）题目：双水相体系单体浓度分配及分配系数研究学习中心：上海学习中心年级专业：网络14春化学工程与工艺学生姓名：郑晨学号：14805401008指导教师：刘刚职称：副教授导师单位：中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）远程教育学院论文完成时间：2016年02月20日中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）任务书发给学员1．设计(论文)题目：2．学生完成设计(论文)期限：年月日至年月日3．设计(论文)课题要求：4．实验（上机、调研）部分要求内容：5．文献查阅要求：6．发出日期：年月日7．学员完成日期：年月日指导教师签名：学生签名：注：此页由指导教师填写摘要…………………关键词：反射式，光纤，位移，测量目录第1章绪言…………………………………………………………………1第2章文献综述……………………………………………………………32.1聚丙烯酰胺的应用领域………………………………………………32.2聚丙烯酰胺的研究背景………………………………………………62.3研究的目的及意义……………………………………………………7第3章AM与DMDAAC聚合实验………………………………693.1聚合反应机理………………………………………713.1.1丙烯酰胺的聚合机理[9]………………………………………713.1.2单体DMDAAC与单体DMC的聚合机理……………………………713.2聚合实验主要药品………………………………………713.3试验所需主要仪器………………………………………713.4AM与DMDAAC的聚合方法………………………………………713.5AM与DMDAAC聚合物的分析方法…………………………………………713.5.1AM-DMDAAC聚合物特性粘度的测量方法…………………………713.5.2阳离子聚丙烯酰胺的相对分子质量的计算方法[10]……………71第4章试验结果与讨论………………………………694.1单体配比[m(DMDAAC):n(AM)]对聚合反应及反应产物的影响…………714.2以相对分子质量为指标L9(34)表实验结果分析……71第5章结论………………………………………………………………………79参考文献…………………………………………………………………………86致谢…………………………………………………………………………99附录………………………………………………………………………1011第一章绪论水资源的匮乏和污染已成为我国乃至全球面临的危机之一，是大多数国家经济发展的制约。因此，限制未经处理污水任意排放并推行污水资源化，使水资源的利用走上良性循环，已成为当务之急[1]。为保护水资源，在节水的同时，人们更应致力于污染水的净化及其回收利用。一般说来，污水处理的方法可归纳为机械物理法、生物化学法、物理化学法、化学法等。其中，化学法包括混凝法、中和法、化学氧化法、电化学法等。混凝法是指向废水中加入水处理剂，通过混合、反应凝聚、絮凝等几种综合作用，废水中胶体或悬浮物沉淀下来达到分离。它是国内外最普遍用来提高处理效率的水质处理方法，被广泛的应用于各类废水处理中[2]。絮凝剂则是应用最为广泛、效果明显的水处理剂，在用水及废水处理和生产过程的固液分离中占有重要的地位。絮凝剂的性能很多：首先，能有效脱除80%～95%的悬浮物质和65%～95%的胶体物质，对降低水中COD值有重要作用。絮凝剂的研究及应用显得尤为重要。从整体上看，我国水处理用絮凝剂产品结构不合理，标准亦不健全，相当数量的产品质量低下，性能不稳定，效率低，产品开发也存在着一定的盲目性，没有真正形成完整的体系，缺少系列化、规模化生产，厂家多，规模小，产品单一，生产工艺设备落后，产出的絮凝剂质量不够稳定，对药剂所含重金属等毒害性物质缺少要的统一的控制与管理，水不溶物与杂质含量较高。以主要产品聚丙2烯酰胺类絮凝剂为例，现国内生产现状与国外发达国家主要差距是：在生产品种上，国外阳离子型絮凝剂占60%，国内仅为6%，而且基本上是低档产品；在产品形态上，国外有颗粒化固体产品、悬浮体、油乳液，国内只有干粉和胶体；在产品质量上，国外由于生产技术较先进、生产规模大，游离单体含量低（0.05%），分子量可达1500万以上，而溶解性能仍然较好。国内产品分子量一般未超过1000万，分子量分布范围宽，游离单体含量比国外产品高出5倍左右，溶解性能较差。面临着来自国外絮凝剂越来越激烈的竞争及人们对环境质量越来越严格要求的挑战。这些已成为新型高效、环保产品的发展障碍。因此，优先发展经济合理、技术先进、符合国情的絮凝产品已迫在眉睫。本文主要利用阳离子型单体二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）与丙烯酰胺(AM)作为聚合单体，并以K2S2O8-NaHSO3氧化还原引发剂体系引发聚合制备阳离子型聚丙烯酰胺的，反应环境为（PEG-聚合物）双水相体系，着重讨论了两种单体浓度配比不同对聚合产物分子量及特性粘度的影响。最终使阳离子单体与丙烯酰胺在（PEG-聚合物）双水相溶液中聚合，并成功地合成具有较高的相对分子质量、絮凝效果好等的阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂。3第二章文献综述2.1聚丙烯酰胺的应用领域聚丙烯酰胺（PAM）及其衍生物是造纸、石油、化工、冶金、地质、煤炭、轻纺、水处理等领域广泛应用的多功能聚合物，也是水溶性合成高分子聚电解质中最重要的品种之一。国际上聚丙烯酰胺对于上述领域的应用较早，最大用途领域为水处理剂。我国大量应用和生产聚丙烯酰胺始于1980年末期，据统计2000年全世界PAM产品已逾49万吨，美国产量达6万吨，日本年产量约2万吨，我国产量约10万吨。随着各行各业对PAM的需求增加，新品种、合成新工艺不断涌现丙烯酰胺通过自由基聚合可以得到分子量不等的聚丙烯酰胺，可以从几到几十万。利用辐射、紫外光、超声波和容易分解的过氧化物或者偶氮化合物都可以引发聚合反应。工业上经常使用的引发剂是有机过氧化物、偶氮化合物，以及无机过氧化物。常用的有机过氧化物包括氧化苯甲酰、十二烷过氧化物、过氧化异丙烷；偶氮类引发剂种类比较多[3]。42.2聚丙烯酰胺的研究背景阳离子型聚丙烯酰胺是一种带有阳离子基团的线性水溶性高分子，它因具有使用PH值范围广，受共存盐影响小，对水中带有负电荷微粒起到电中和及吸附架桥作用而有效地絮凝、脱色，并能强化固液分离过程等优点，而广泛用于石油开采、造纸、冶金、采矿、纺织、印染、国防、日用化工、水处理等领域[4,5]。20世纪70年代以来，日、美、英、法等国家的阳离子型絮凝剂的研制开发出现了明显的增长趋势，在废水处理中，阳离子型絮凝剂得到了广泛使用。近几年来，日、美等国家阳离子絮凝剂已占合成絮凝剂的总量的60%，且每年仍以10%以上的速度增长[6]。在国外已开发引用的阳离子型高分子絮凝剂中，阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂占重要的地位。在早期，阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂的主导产品为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）与丙烯酰胺（AM）的共聚系列产品，而在污水处理厂的污泥脱水设备从带式压滤机转变为以高速离心机、挤压机等为主的情况下，对絮团的机械强度就有了更高的有求，因而DMC系列的产品已经不能满足要求。因为二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)的水溶性极强,电荷密度高,且无毒、高效、价廉,在合成阳离子聚合物领域中DMDAAC占有很重要的地位。DMDAAC与丙烯酰胺(AM)共聚物(DMDAAC-AM)具有良好的吸附性、抗剪切性、耐温性、耐酸碱性等优点,是一种良好的絮凝剂，广泛应用于石油、造纸、污水处理、纺织、日化及其它行业。AM-DMDAAC用于处理含水矿浆以及分离煤矿废水中的悬浮物,用DMDAAC摩尔百分数5为50%-97%的DMDAAC-AM共聚物来处理煤矿泥浆,用量少且沉降快,其处理效果超过单独使用的P-DMDAAC或PAM。我国自20世纪60年代开始生产聚丙烯酰胺,目前年生产能力约达70kt,但品种少,且平均分子质量较低，1990年我国进口的聚丙烯酰胺中94%为高平均分子质量聚丙烯酰胺阳离子产品。1995年底大庆油田从法国SNF公司引进的50kt/a聚丙烯酰胺水溶液法生产装置投产，生产出平均分子质量接近1.5×107的产品,使国内聚丙烯酰胺的生产能力大幅度提高，但是随着市场需求越来越大，寻找生产工艺简单、成本低廉、高质量的聚丙烯酰胺合成方法仍是值得重视的研究课题。并且，在我国水处理所使用的絮凝剂中，聚丙烯酰胺因占各种絮凝剂总量的一半而处主要位置。而对CPAM的研究起步较晚，并且只研究了由DMC、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯（DM）及二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）与AM共聚制备的CPAM，而且，DMDAAC与AM的共聚物因高效无毒,正电荷密度高,相对于其他阳离子絮凝剂价格低廉,因此它具有广阔的应用前景和市场潜力。我国从20世纪80年代开始对其进行研究,虽已实现工业生产化,但规模小,产品质量、数量与国外存在着较大的差别,并且其应用面较窄,目前主要应用于石油开采领域中。因此，我国在CPAM方面的研究与国外研究水平的存在着明显差距[7]。目前，由于CPAM具有特异的优越性能，对它的研究与开发正在不断扩大和深入。我国的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的品种单一，6除了聚丙烯酰胺经曼尼期反应制备的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂外，能真正工业化并具有工业潜力的水溶性阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂几乎没有。而由曼尼期反应制备的CPAM絮凝剂中存在着一定量的残余丙烯酰胺单体，这样就不可避免地带来了一些毒性，使其应用受到限制，特别是在生活用水的处理上。因此，我国应致力于开发高效，无毒或低毒的，经济适用的有市场竞争力的由丙烯酰胺与阳离子单体经共聚合反应制备的阳离子型絮凝剂，并应在原料的选择，聚合方式的选择以及产品性能（如分子量，阳离子度）的等方面进行提高。开发具有多功能性能的阳离子聚丙烯酰胺类絮凝剂[8]。72.3研究的目的及意义本文主要利用阳离子型单体二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）与丙烯酰胺(AM)作为聚合单体，并以K2S2O8-NaHSO3氧化还原引发剂体系引发聚合制备阳离子型聚丙烯酰胺的，反应环境为（PEG-聚合物）双水相体系，利用正交实验法考察单体配比因素对聚合物特性黏度以及相对分子质量的影响，最终获得制备高相对分子质量阳离子型聚丙烯酰的最佳工艺条件为：温度为65℃，pH值为5，引发剂量为1.5ml，DMDAAC/AM为1:3。本课题所采用的双水相聚合方法具有合成工艺简易、合成成本低、实验操作安全、等优点，并且研究结果对絮凝剂的发展和环境保护及水处理具有一定的现实意义，且在水处理领域具有广阔的发展空间。8第三章AM与DMDAAC聚合实验3.1聚合反应机理3.1.1丙烯酰胺的聚合机理[9]：丙烯酰胺的聚合方式为自由基聚合，自由基聚合一般分为链引发、链增长和链终止三个阶段。（1）链引发链引发反应是形成单体自由基或自由原子的反应。引发反应过程主要两部分组成：引发剂R—R发生均裂，形成自由基R·反应方程式为：R—R2R·。初级自由基与单体加成，形成单体自由基。单体自由基形成后可以继续与单体反应，不断使链增长。（2）链增长自由原子或自由基与一般分子反应，在生成产物的同时，能够再生成自由原子或自由基，因而可以使反应一个传一个，不断进行下去（例如下反应式），此即为链的增长。链的增长是链反应的主体。这里的自由原子或自由基等活泼粒子叫作链的传递物。初级自由基基具有非常大的活性，可以继续与单体反应，从而聚丙烯酰胺的分子量不断增大，而且链增长的反应速度非常快；伴随反应的进行，释放大量热量。聚丙烯酰胺的链增长过程中自由基与单体有两种结合方式，即头-头结合与头-尾结合。9由于空间位阻效应和共聚效应的作用，促使聚合物以头尾结合形式增长，尤其是在侧链非常大的阳离子单体的聚合过程中多以头-尾形式聚合。（3）链终止自由基终止反应形式主要有两种：偶合终止和歧化终止。偶合终止是两个自由基反应形成单键。在歧化反应中自由基从其他自由基获得氢原子或其他原子终止反应。歧化反应结果造成形成的分子一端为引发剂残