有机-无机杂化高分子絮凝剂PAC-PDMDAAC

第4期2014年4月高分子学报ACTAPOLYMEＲICASINICANo．4Apr．，2014466*2013-08-27收稿，2013-10-15修稿;农村领域国家科技计划(项目号2012BAJ25B06)和国家水体污染控制与治理科技重大专项(项目号2009ZX07424-004)资助．＊＊通讯联系人，E-mail:szhjzx@126．comdoi:10.3724/SP．J．1105.2014.13294有机-无机杂化高分子絮凝剂PAC-PDMDAAC的合成与表征*蒋绍阶＊＊李晓恩冯欣蕊(重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室重庆400045)摘要以过硫酸铵为引发剂，以乙二胺四乙酸四钠(Na4EDTA)为助剂合成了新型有机-无机杂化高分子絮凝剂聚合氯化铝-聚二甲基二烯丙基氯化铵(PAC-PDMDAAC)．实验考查了DMDAAC单体质量分数、引发剂用量、反应温度以及反应时间对杂化絮凝剂合成的影响．结果表明杂化高分子絮凝剂的最佳合成条件为单体质量分数30%，引发剂质量分数0.7%，反应温度60℃，反应时间5h．傅里叶红外光谱(FTIＲ)、热重分析(TGA)以及扫描电镜(SEM)测试结果表明，杂化聚合物PDMDAAC链端有—SO42－离子存在，其与带正电荷的羟基铝粒子以离子键形式键合．扫描电镜结果显示杂化絮凝剂具有更大的比表面积，易于发挥吸附架桥作用．采用Al-Ferron逐时络合比色法研究絮凝剂中Al形态，结果表明杂化絮凝剂中Alc部分，即不与Ferron发生络合反应的高聚物明显增多．由PAC、复配型PAC-PDMDAAC和杂化型PAC-PDMDAAC絮凝剂分别处理腐植酸-高岭土模拟水样和长江水，结果表明杂化型絮凝剂在浊度和UV254的去除率上优于其它二者．关键词有机-无机杂化，聚合氯化铝，二甲基二烯丙基氯化铵，絮凝剂絮凝技术是目前国内外普遍用来提高水质处理效率的一种经济、简便的水质处理方法，絮凝过程也是整个水处理的关键环节之一．因而高效、安全的絮凝剂在整个水处理过程中有着不可替代的作用［1］．传统的无机混凝剂以铝盐和铁盐及其水解聚合物为主，其处理水形成的污泥量多，出水带色，对设备也有一定腐蚀性，同时分子量与絮凝架桥能力比有机絮凝剂也差很多．而常用的有机高分子絮凝剂投量少，沉降快，但其单独使用时适用的范围、效果有限．近年来，综合二者优势的有机-无机复配絮凝剂正蓬勃发展［2，3］．同时有机-无机杂化材料的研究日益增多，成为国内外学者的研究热点［4～7］，但杂化材料更多的用于结构，光学，电学以及生物学方面［8～11］，而用于净水处理的杂化絮凝剂却鲜有报道．有机-无机杂化材料无机粒子分散均一，无机物力学性能优异，耐热性能高，有机物又有柔韧性好，强度高等特点，这使得材料的整体结构均匀，而且在适当条件下两者能以化学键形式键合，保持材料各性能的稳定［12，13］．聚合氯化铝(PAC)是最为常见的高效水处理絮凝剂，其应用广泛，价格便宜，水处理效果良好，对水处理设备的腐蚀作用较小，聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)安全无毒，易溶于水，水稳定性好，正电荷密度高，吸附架桥能力强从而受到国内学者的密切关注［14］．PAC属于无机混凝剂，其形成的处理水样形成的矾花较小，沉淀较慢，水解反应不稳定，吸附架桥能力相对有机絮凝剂也不足;同时PDMDAAC处理水样也存在价格高，最佳投药范围窄的缺点．因而针对PAC与PDMDAAC各自的优缺点，有必要将二者联合使用，以弥补二者单独使用时的不足．目前国内外学者的研究的重点是将PAC与PDMDAAC做复配使用，而对于二者的杂化成键，形成杂化高分子絮凝剂，目前尚无报道．本文利用PDMDAAC聚合原理，在其聚合过程中加入了PAC，合成了一种新型PAC-PDMDAAC有机-无机杂化高分子絮凝剂，并考察了有机无机组分之间的键合方式．4期蒋绍阶等:有机-无机杂化高分子絮凝剂PAC-PDMDAAC的合成与表征1实验部分1.1试剂与仪器聚合氯化铝(PAC)，工业级;二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)，60%水溶液;聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)，40%水溶液;过硫酸铵，分析纯;乙二胺四乙酸四钠，分析纯;高纯氮，99.999%;碳酸氢钠，分析纯;试铁灵，分析纯;邻菲罗啉，分析纯;醋酸钠，分析纯;盐酸，分析纯;腐植酸，化学纯;高岭土，化学纯．1.2PAC-PDMDAAC杂化絮凝剂的合成将一定浓度的PAC与DMDAAC混合溶液置于四口烧瓶中，其中加入质量分数为0.004%的Na4EDTA［15］溶液，充氮气30min，在氮气保护下缓慢滴加过硫酸铵溶液，一定温度下反应一定时间．反应结束后，产物于70℃恒温干燥箱内烘至恒重．1.3絮凝实验取嘉陵江水为实验原水，测定浊度为103NTU，混凝实验于ZＲ4-6六联搅拌机中进行