陽離子型聚丙烯酰胺( CPAM)因具有適用pH范圍廣、受共存鹽影響小，對水中帶有負電荷微粒能起到“電荷中和”及“吸附架橋”作用而有效地絮凝、脫色，并能強化固液分離過程等優(yōu)點，作為高分子絮凝劑被廣泛應用于石油開采、造紙、冶金、采礦、紡織印染、國防、日用化工、水處理等領域中。

甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨( DMC)以及二甲基二烯丙基氯化銨( DMDAAC)是近年來應用較多、無毒高效、成本低廉的陽離子絮凝劑單體。DMDAAC正電荷密度高、日離子單元結構穩(wěn)定，pH適用范圍廣，但聚合活性較低；而DMC價格低廉，絮凝效果好，聚合活性相對較高。因此，將這兩種單體與丙烯酰胺( AM)共聚合，制備陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑，其兩種陽離子單體的性能會產生優(yōu)勢互補。而采用水溶性偶氮引發(fā)劑引發(fā)反應，其引發(fā)效率高，產品的相對分子質量（簡稱分子量，以下同）相對比較高、水溶性好，而且能避免DMC以及DMDAAC反應活性較低的問題。

本文以AM、DMC以及DMDAAC為原料，在水溶性偶氮引發(fā)劑作用下，制備出了三元共聚陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑，并對其應用于煤泥水的絮凝效果進行了探討。

1實驗部分

1.1主要試劑及設備

丙烯酰胺( AM)：AR，天津市福晨化學試劑廠；乙二胺四乙酸二鈉、尿素、氯化鈉，均為北京化學試劑廠生產，且為AR；甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)：工業(yè)品，無錫新宇化工有限公司；二甲基二烯丙基氯化銨( DMDAAC)，工業(yè)品，宜興凱米拉化學品有限公司；偶氮（V -50）：工業(yè)品，三河市華鑫催化有限公司。

Spectruml00傅立葉變換紅外光譜儀（美國Perkin-Elmer公司）；SGZ -2數顯濁度儀（上海悅豐儀器儀表有限公司）；IS0900電子分析天平（北京賽多利斯儀器有限公司）等。

1.2步驟

將AM、DMC以及DMDAAC按一定比例與水混合后，加入一定量的助劑乙二胺四乙酸二鈉( EDTA-2Na)。將反應液倒人三口瓶中，置于恒溫水浴，通人氮氣。攪拌一定時間后，升溫至50℃后慢慢滴加偶氮引發(fā)劑進行引發(fā)，并保持此溫度繼續(xù)攪拌5h，得到三元共聚產物。

1.3產物分子量的測定

按照GB12005.1-89，用烏氏黏度計測定產物的特性黏度[η]，并通過式(1)計算產物的分子量。

M= 802×[η]^1.25

(1)式中：M-分子量；[η]-特性黏度，mUg。

1.4選煤廢水絮凝效果評價

取2g經氣流磨粉碎，過200目篩子的山西某礦煤粉溶于500 mL水中，在高速攪拌儀攪拌下制得實驗室用超細模擬選煤廢水。取一定量的三元陽離子聚丙酰胺絮凝劑，配成質量分數為0.1%的絮凝劑水溶液，待用。

在150 mL小燒杯中加入100 mL模擬選煤廢水，再加入一定量的絮凝劑，加入絮凝劑后，先快速攪拌2～3 min，使絮凝劑均勻分散于煤泥水中，然后低速攪拌2 -3 min，靜置25 min，取上層清液，用濁度儀測其透光率。

2結果與討論

2.1三元共聚物的紅外光譜圖

三元共聚物P( AM-DMC-DMDAAC)的紅外譜圖如圖1所示。

可以看出，在3422 cm^-1處出現了-CONH₂中1-NH₂的反對稱伸縮振動峰，2940 cm^-1處為C-H鍵的非對稱吸收峰，1667cm^-1處為酰胺基中羰基的特征吸收峰，1450 cm-¹處為與N⁺鍵合的雙甲基的特征峰，955cm^-l處為季胺基團的特征吸收峰，而沒有出現C-C的吸收峰，表明AM、DMC與DMDAAC均參與了反應，得到了預期的三元共聚物。

2.2反應條件對三元共聚物分子量的影響

2.2.1DMC與DMDAAC的質量比對共聚物分子量的影響

固定單體質量分數為20%（指所有單體總質量占反應體系總質量的百分數，以下同），水溶性偶氮引發(fā)劑質量分數（以反應單體質量計）為0.05%，EDTA - 2Na質量分數（以反應單體質量計）為0.1010，反應時間為5h，反應溫度50℃，考察DMC與DMDAAC的質量比對共聚物分子量的影響，結果如表1所示。

由表1可以看出，當AM的比例一定時，三元共聚產物的分子量隨著DMC與DMDAAC質量比的增加而增大，表明DMC的反應活性比DMDAAC的反應活性大。

2.2.2  單體質量分數對共聚物分子量的影響

固定m(AM):m(DMC):m(DMDAAC) =5:4:1,其他條件同2.2.1節(jié)，考察單體質量分數對共聚物分子量的影響，見圖2。

可以看出，隨著單體質量分數的提高，其共聚物的分子量先增大后降低，當質量分數達到40%時，其分子量達到最大。這是因為：隨著單體質量分數增加，聚合反應速率增大，聚合度也增大，其分子量增大。但聚合反應為放熱反應，聚合速率持續(xù)提高可能會引起反應體系溫度的升高，導致鏈轉移反應速率加快，使其分子量有所降低。

2.2.3反應時間對共聚物分子量的影響

條件同2.2.1節(jié)，考察反應時間對共聚物分子量的影響如圖3所示。

由圖3可見，隨著反應時間的增加，共聚物的分子量不斷增大，當反應時間超過Sh以后，共聚物分子量的變化趨于平衡，表明聚合反應已基本完成。

2.2.4引發(fā)劑用量對共聚物分子量的影響

采用水溶性偶氮引發(fā)劑引發(fā)反應，其引發(fā)效率高，產品的分子量比較高、水溶性好、且殘留單體少。當其他條件同2.2.1節(jié)，考察水溶性偶氮引發(fā)劑用量對共聚物分子量的影響如圖74所示。

可以看出，共聚物的分子量隨著偶氮引發(fā)劑用量的增多呈現先增大后減小的趨勢，且當w（引發(fā)劑）=0.07%時，共聚物的分子量達到最大。

2.2.5反應溫度對共聚物分子量的影響

反應溫度也是聚合反應關鍵影響因素之一，其對產物的分子量影響較為顯著。當其他條件同2.2.1節(jié)，考察反應溫度對共聚物分子量的影響見圖5。

由圖5可見，三元共聚物的分子量隨反應溫度的升高先增大后減小，當反應溫度為500C時，其分子量達到最大。這是因為：反應溫度較低時，引發(fā)劑分解速率較低，產生的自由基數量少，導致聚合速度慢且反應不完全，降低了共聚物的表觀分子量；反應溫度太高時，引發(fā)速度加快，同時鏈轉移反應速度也加快，導致共聚物的分子量降低。

2.3  三元共聚物的絮凝效果評價

采用實驗室制備的模擬煤泥水，對上述實驗合成出的分子量為5.0×l06左右的三元共聚物P( AM-DMC-DMDAAC)進行絮凝性能評價。

2.3.1  三元共聚物的添加量對絮凝效果的影響

高分子絮凝劑添加量對絮凝效果的影響見表2。

由表2可以看出，當三元陽離子絮凝劑添加量為10 mg．L^-l時，處理25 min后濁度最低，為40.3NTU，故本實驗室處理模擬煤泥水的三元共聚物的最佳添加量為10 mg．L^-1。

2.3.2不同絮凝劑的絮凝效果對比

將實驗室自制的分子量均為5.0×l0⁶左右的二元陽離子絮凝劑P( AM-DMC)、P(AM-DMDAAC)、陰離子絮凝劑P( AM-AA)、三元陽離子絮凝劑P( AM-DMC-DMDAAC)及國內某廠生產的二元陽離子絮凝劑與陰離子絮凝劑的絮凝效果進行對比，其結果如表3所示。

由表3可以看出，對于實驗室制備的分子量相差不多的幾種絮凝劑來說，陽離子絮凝劑對煤泥水的絮凝效果均較佳，其中三元共聚陽離子型絮凝劑的絮凝效果最好，而陰離子型絮凝劑的絮凝效果較差。與市售產品相比，三元陽離子絮凝劑的絮凝效果與市售陽離子絮凝劑相當，對煤泥水具有較好的絮凝效果。

3結論

以丙烯酰胺( AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基

氯化銨( DMC)及二甲基二烯丙基氯化銨( DMDAAC)為原料，水溶性偶氮鹽為引發(fā)劑，用水溶液聚合法制備了三元共聚陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑。

本實驗的最佳反應條件為：m(AM):m(DMC)：m( DMDAAC) =5:4:1，水溶性偶氮引發(fā)劑質量分數為0.07%，EDTA-2Na質量分數為0.1%，反應時間為Sh，反應溫度50℃，單體質量分數為40%，在此條件下所得聚合物分子量達到5.0×10⁶，且具有很好的水溶性。

在對煤泥水的處理中，三元共聚物的添加量為10 mg-L^-1時表現出很好的絮凝效果。