摘 要

有机废水的处理一直是个棘手且相当受关注的问题，投加絮凝剂是应用最广，经济且处理效果良好的处理方法。本文拟用反相乳液聚合法，以甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)和丙烯酰胺(AM)为单体合成出高分子量的阳离子聚丙烯酰胺(P(AM-DMC))，并将其和硫酸铝合用处理有机废水。控制乳化剂为体系的4%，配比为5.3:1，n(AM):n(DMC)=12:1，引发剂为0.8%，研究了油水质量比、单体浓度，反应温度，反应时间等因素对聚合物分子量的影响，最佳合成条件：油水质量比为1:1.5，单体质量分数为40%，反应温度73°C，反应时间为4h时,此时可以得到分子量高达463.5万的聚合物。聚合结束后，用乙醇和丙酮对其脱乳、洗涤，在75°C下干燥8h可得到纯化的固体产物,取少量固体产品，用红外表征，证实产物的确为P(AM-DMC)。

用Al₂(SO₄)₃和P(AM-DMC)合用处理实验室的酚醛树脂废水，探究了Al₂(SO₄)₃用量，P(AM-DMC)用量，P(AM-DMC)分子量以及废水的pH等因素对废水处理效果的影响，结果表明,处理20mL酚醛树脂废水时，加入2mL1%的Al₂(SO₄)₃溶液，1mL分子量为463.5万，阳离子度为7.3%的0.1%的P(AM-DMC)且当废液的Ph=8时,有最好的处理效果，此时废水上清液用紫外可见光度计在540nm处测得的透过率达到82.5%，平均处理率为85%。

关键词：反相乳液聚合；阳离子聚丙烯酰胺；酚醛树脂废水

Abstract

The treatment of organic wastewater has always been a difficult and concened greatly problem, adding flocculant is most widely used, saving and effective method.The paper aimed at prepareing cationic polyacrylamide(P(AM-DMC)) with high molecular weight adoptting methacryloy loxyethyl-trimethyl ammonium chloride (DMC) and acrylamide (AM) as monomers by means of inverse emulsion copolymerization to treat organic wastewater companied with aluminium sulfate. Keeping emulsifier concentration 4%, the mass ratio 5.3:1, n(AM):n(DMC)=12:1, initiator concentration 0.8%, studying the mass ratio of oil to water, monomer concentration, reaction temperature and reaction time on the molecular weight of polymer, the optimum conditions were: the mass ratio of oil to water 1:1.5, monomer weight fraction 40%, reaction temperature 73°C and reaction time 4h, under the conditions above, the better product was abtained whose molecular weight were 463.5. Demulsify and wash the emulsion with ethanol acetone , then dry it at 75°C for 8h. Characterize the structure of the solid  product by FT-IR Spectrometer, The result indicated that the eventual product was exactly P(AM-DMC) as expected.

Treat phenonic resin wasterwater of the laboratory by combining aluminium sulfate and the self-made P(AM-DMC). The experiment indicated that the treatment rate had to do with the dosages of aluminium sulfate and P(AM-DMC), the molecular weight of P(AM-DMC) and pH of the wastewater. When dealing with 20mL phenonic resin wasterwater, with 2 mL 1% aluminium sulfate solution ,1mL 0.01% P(AM-DMC) with the molecular weight 463.5 and cationic degree 7.7% and mading Ph=8, it has the better treatment effects. Under the conditions described above, the supernatent fluid of treated water was 82.5% measured by Uv light detector at the wavelength of 540nm.The average treatment rate can reach as high as 85%.

Key Words：inverse emulsion；cationic polyacrylamide； phenonic resin wasterwater

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题提出的背景 1

1.2 PAM国内外研究现状 3

1.3 CPAM的制备方法 3

1.4 CPAM的聚合方法 4

1.4.1 溶液聚合 4

1.4.2 反相乳液聚合 5

1.4.3 反相微乳液聚合 5

1.4.4 反相悬浮聚合 5

1.5 P(AM-DMC)的自由基聚合原理 5

1.6 P(AM-DMC)反相乳液聚合机理 6

1.7 絮凝剂的絮凝机理 8

1.7.1 无机低分子絮凝剂的絮凝机理 8

1.7.2 有机高分子絮凝剂的絮凝机理 8

1.8 本文研究目的及主要内容 9

第2章 实验部分 10

2.1 P(AM-DMC)的合成实验 10

2.1.1 原料和仪器 10

2.1.2 P(AM-DMC)的聚合实验方法 11

2.2 P(AM-DMC)的固含量测定 11

2.3 P(AM-DMC)的黏均分子量的测定 11

2.4 P(AM-DMC)的红光光谱表征 12

2.5 硫酸铝和P(AM-DMC)处理有机废水 13

第3章 实验结果与讨论 14

3.1 P(AM-DMC)的合成 14

3.1.1 油水质量比对聚合的影响 14

3.1.2 单体用量对 P(AM-DMC)分子量的影响 14

3.1.3 温度对聚合反应的影响 15

3.1.4 反应时间对聚合结果的影响 16

3.2 Al₂(SO₄)₃和P(AM-DMC)合用处理有机废水 16

3.2.1 硫酸铝用量对处理效果的影响 17

3.2.2 P(AM-DMC)的用量对处理效果的影响 18

3.2.3 P(AM-DMC)的分子量对处理效果的影响 18

3.2.4 废水样品的pH对处理效果的影响 19

第4章 结论 21

第5章 问题与建议 23

参考文献 23

致谢 26

第1章 绪论

1.1 课题提出的背景

水是人类生存和社会发展必须的基础物质，地球上水污染现象与水资源的保护已经成为世界上所有国家共同关注的重要战略问题。中国是世界上用水量最多的国家，然而水资源相对比较缺乏，并且由于人口数量庞大，人均水资源仅占世界平均水平的1/4^[[1]]，尤其是进入20世纪以来，随着经济和工业的迅速发展，工业用水量急增，随之产生的工业废水也急增，虽然国家已出台了相关的水资源保护政策和工业废水排放标准，但是由于水资源管理缺乏科学的自上而下的体制，政府监管力度不够大，政策落实情况不尽人意，水资源保护意识并未深入人心，处理废水的技术和工艺不成熟、不完善，再加上产生的大量废水处理成本高，短期收益小，所以很多企业和个人盲目追求短期经济效益，忽视水资源的保护，罔顾法律，不处理或者简单处理废水就直接排放，因此随意排放和超标排放的恶劣现象在全国各地层出不穷，给水源水体造成了几乎不可逆转的污染和损害，使原本就紧张匮乏的水资源余量和恶劣的水质更加“雪上加霜”。据统计数据，我国年生产污水量约200亿立方米，处理量却不到20%[^[2]]，亟待解决的水污染问题向我国的可持续发展和构建环保型社会的发展规划提出了严峻的挑战。水资源极其珍贵有限但不可再生，处理后回收循环使用是改善水源短缺和水质恶化的关键，因此，对工业废水处理技术的研究越来越受到国家和研究人员的高度和普遍重视[^[3]]。

目前工业废水的处理已经研究出了许多可行的方法，但是最经济、应用最多的莫过于投加絮凝剂的方法即絮凝沉降法，其中絮凝剂的选择和应用是絮凝沉降法技术的关键所在^[[4]]。絮凝剂是这样一类物质，它可以和废液中的溶质、胶粒或者悬浮物颗粒发生物理或化学作用，使其凝聚沉淀，从而使固液得以分离，在水处理过程中，能够十分有效地提高微小悬浮物的沉降效果^[[5]-[6][7]]，并且经济、操作简单，在生活废水和工业废水的处理中都占有重要的地位。

絮凝剂大致可以分为三类：无机类，包括最常见、研究历史最悠久的的无机低分子絮凝剂铝盐系列（Al(SO₄)₃·18H₂O，KAl₂(SO ₄)₃·12H₂O，NaAlO₂等）和铁盐系列（FeCl₃·6H₂O，FeSO₄·6H₂O，Fe₂(SO₄)₃·2H₂O等），无机高分子絮凝剂（聚合氯化铝，聚合硫酸铝，聚合硫酸铁，聚合磷酸铁等）；目前正研究地如火如荼的有机高分子絮凝剂，包括合成和天然两类；具有广泛应用前景的的生物絮凝剂。