陽(yáng)離子聚丙烯酰胺水處理劑的聚合研究新進(jìn)展

鄭懷禮+陳楠+徐斌成+馮力+鄭欣鈺+鄭超凡+張世欣+劉澤楠

摘 要：絮凝法是最重要的水污染控制方法之一。絮凝劑是絮凝污染控制方法的關(guān)鍵部分和核心基礎(chǔ)，對(duì)最終的水處理效果起著至關(guān)重要的影響。其中，陽(yáng)離子聚丙烯酰胺是一類(lèi)重要的水處理劑，在水處理領(lǐng)域一直備受關(guān)注。綜述了陽(yáng)離子聚丙烯酰胺自由基共聚合法的引發(fā)體系與研究進(jìn)展，主要介紹了偶氮類(lèi)引發(fā)體系、氧化還原引發(fā)體系、復(fù)合引發(fā)體系和紫外光引發(fā)體系的特點(diǎn)和應(yīng)用，闡述了陽(yáng)離子聚丙烯酰胺中常用的共聚陽(yáng)離子單體的種類(lèi)和應(yīng)用，對(duì)陽(yáng)離子聚丙烯酰胺未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)和研究方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：陽(yáng)離子聚丙烯酰胺；水處理劑；共聚合；引發(fā)體系；陽(yáng)離子單體

中圖分類(lèi)號(hào)：X703.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-4764（2017）05-0116-07

Abstract：Flocculation is one of the most important water pollution control methods. Flocculant is a key foundation of flocculation pollution control method， which plays a vital role in the final water treatment effect. Among these， cationic polyacrylamide is an important type of water treatment agent， which has been of concern in the field of water treatment. The initiation system in the free radical copolymerization and research progress of cationic polyacrylamide are summarized. Characteristics and application of initiation system in the polymerization， such as azo-initiator system， redox initiation system， complex initiation system and UV initiation system are introduced mainly. The types and application of common cationic monomers in the copolymerization are elaborated. Furthermore， its future development tendency and research direction are predicted.

Keywords：cationic polyacrylamide；water treatment agent；copolymerization； initiation system； cationic monomer

中國(guó)是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家，隨著城市化和工業(yè)化的發(fā)展，污水排放量日益增加，水體污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，水資源短缺問(wèn)題更加嚴(yán)峻，對(duì)人類(lèi)的生產(chǎn)生活產(chǎn)生一系列不利影響。因此，選擇合理的水處理方法以確保環(huán)境、人類(lèi)健康安全和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。污泥是污水處理的副產(chǎn)物，在污水處理過(guò)程中，通常會(huì)產(chǎn)生約占污水處理總量0.5%～1%的污泥，其含水率高，成分復(fù)雜，脫水困難，如果不對(duì)污泥進(jìn)行合理有效的處置，不僅會(huì)影響污水處理廠的出水水質(zhì)，而且，會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境造成嚴(yán)重污染，因此，污泥的處理處置已經(jīng)逐漸引起人們的重視[1-3]。

絮凝法是一種高效處理污水和污泥的方法[4]，絮凝法能否高效處理污泥或污水，關(guān)鍵在于絮凝劑類(lèi)型的選擇[5-7]。有機(jī)高分子絮凝劑常用于處理污泥和工業(yè)廢水，尤其是丙烯酰胺類(lèi)聚合物。聚丙烯酰胺（PAM）是丙烯酰胺及其衍生的均聚物和共聚物的統(tǒng)稱(chēng)，根據(jù)分子鏈上的官能團(tuán)在水溶液中不同的離解形態(tài)，PAM可以分為非離子型（NPAM）、陽(yáng)離子型（CPAM）、陰離子型（APAM）和兩性離子型。

由于污水和活性污泥中存在著大量呈負(fù)電性的懸浮膠體顆粒，使得CPAM能夠更加有效的發(fā)揮電中和及吸附架橋作用，故帶正電的CPAM在絮凝應(yīng)用方面因其突出的優(yōu)越性而引起廣泛關(guān)注。CPAM的制備方式大體上可以分為聚丙烯酰胺的陽(yáng)離子改性及丙烯酰胺單體和陽(yáng)離子單體的共聚。相比于第一種方式，丙烯酰胺與陽(yáng)離子單體共聚具有操作簡(jiǎn)單，產(chǎn)物水溶性好、陽(yáng)離子度易于控制等優(yōu)點(diǎn)，在CPAM的制備和生產(chǎn)中，單體共聚法是大規(guī)模生產(chǎn)CPAM的有效方法。在單體共聚合法中，引發(fā)劑控制聚合的鏈引發(fā)反應(yīng)，而鏈引發(fā)是影響聚合速率和聚合物分子量的關(guān)鍵一步，故CPAM的性能與聚合引發(fā)體系密切相關(guān)。因此，陽(yáng)離子單體和共聚引發(fā)體系是影響聚合產(chǎn)物的最關(guān)鍵性因素。論文重點(diǎn)介紹CPAM合成中最為常用的引發(fā)體系：偶氮類(lèi)引發(fā)體系、氧化還原引發(fā)體系、復(fù)合引發(fā)體系以及紫外光引發(fā)體系，并對(duì)共聚制備CPAM常用的陽(yáng)離子單體種類(lèi)進(jìn)行介紹，最后，對(duì)陽(yáng)離子聚丙烯酰胺未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行展望。

1 CPAM的引發(fā)體系

1.1 偶氮類(lèi)引發(fā)體系

偶氮類(lèi)引發(fā)劑是CPAM聚合常用的引發(fā)劑，具有分解速率均勻，只形成一種自由基，無(wú)誘導(dǎo)分解等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)，偶氮類(lèi)引發(fā)劑尤其是水溶性引發(fā)劑已廣泛應(yīng)用于陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的合成中。但中國(guó)的偶氮類(lèi)引發(fā)劑也存在品種較單一，且價(jià)格相對(duì)較高等問(wèn)題。目前，廣泛采用的水溶性有機(jī)偶氮類(lèi)化合物有偶氮二異丁脒鹽酸鹽（V-50）、偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽（VA-044）、偶氮二氰基戊酸等[8]。

段文猛等[9]采用V-50為引發(fā)劑，通過(guò)反相乳液聚合法制備出高相對(duì)分子質(zhì)量和高陽(yáng)離子度的CPAM，并研究了不同引發(fā)劑對(duì)單體轉(zhuǎn)化率和CPAM的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以無(wú)機(jī)水溶性過(guò)硫酸鉀（KPS）及其構(gòu)成的氧化還原體系（KPS/NaHSO3、KPS/DM、KPS/NaHSO3/V-50）為引發(fā)劑時(shí)，聚合產(chǎn)物CPAM的特性粘度低，與KPS和其他水溶性引發(fā)劑相比，水溶性偶氮類(lèi)引發(fā)劑V-50分解平穩(wěn)，可控性好，制備的CPAM特性粘度高?？刂破渌麠l件，在V-50質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.09%的條件下，合成的P（AM-DAC）的特性粘度高達(dá)13.78 dL/g，對(duì)含聚污水的絮凝效果好。endprint