聚丙烯酰胺水解度问题分析

关键词:聚丙烯酰胺 水解度 絮凝剂
日期:2011年1月21日 来源:佰科

水处理药剂知识
大家都知道一个道理,水处理主要是用于以能源利用、环境保护、水处理方面的科研以及环保水处理药剂的生产等为主。佰科公司有着多年的生产实践经验,佰科系列水处理药剂与很多公司建立了水处理药剂生产厂和先进的实验室。

聚丙烯酰胺水解度问题分析

 聚丙烯酰胺最为水处理的药剂的佼佼者,有着很多的优势。聚丙烯酰胺尤其是在对高浊度水处理上,具有一个十分优异的絮凝效能。同时聚丙烯酰胺作为非离子型高聚物,它通常是卷曲成无规线团。在进行化学要处理时一般加碱可使聚丙烯酰胺部分水解,在所生成的羧基阴离子之间静电斥力的作用下,使分子链伸开,以暴露出来的活性酰胺基团和很长的分子链,发挥优异的吸附架桥絮凝作用。

聚丙烯酰胺的水解反应,可以下式表示:
式(1)中反应进行的程度,通常以水解度表示
h=m/n×100%(2)
式中:h-水解度(%);
m—聚丙烯酰胺分子中水解生成的羧基数;
n—聚丙烯酰胺分子中水解前酰胺基总数。

在反应(1)中,随着水解度的增加,羧基阴离子增加,分子链不断伸展,从而有使絮凝效果逐渐增强的作用;同时,聚丙烯酰胺分子的负电性亦逐渐增强,又妨碍了其与负电性的泥沙杂质相吸附,而且在吸附架桥中起主要作用的活性基团-酰胺基也不断减少,从而随着水解度的增加,又存在使絮凝效果逐渐变差的因素。在水解前期,前者起主导作用;水解后期,后者升居主导地位。作为综合结果,必存在一个最优的水解程度,使絮凝效果最佳,即存在着一个最佳水解度。自M ichaels 〔1〕 于1954年提出最佳水解度的概念以来,一直普遍认为其值为30%左右。但对高浊度水,最佳水解度是否仍为30%,是本文要探讨的一个课题。

聚丙烯酰胺作为一种有机高分子物质,水解反应速度较慢,应如何实现高速水解,是本文将要探讨的另一个课题。

一、聚丙烯酰胺絮凝的最佳水解度
以重庆某矿山药剂厂产的胶状聚丙烯酰胺作为实验用絮凝剂。实测平均分子量为6.2×10 6 ,有效成分含量为9.0%。首先将聚丙烯酰胺配制成一定浓度的溶液,加入氢氧化钠进行水解。然后以一定的时间间隔测定其水解度,并以此水解试样做高浊度水的静水絮凝沉淀试验,以浑液面沉速作为表征絮凝效果的指标。实验均在恒温条件下进行。

溶液的浓度;以百分浓度,即100g溶液中含的聚丙烯酰胺的克数表示。习惯上,常以有效成分含量为8%的胶状聚丙烯酰胺产品的重量来进行计算。在本文中,则以聚丙烯酰胺有效成分的重量来计算。

水解时,加入氢氧化钠的数量,可以加碱比表示。加碱比就是水解液中氢氧化钠与聚丙烯酰胺的重量比。习惯上,常以有效成分含量为8%的胶状聚丙烯酰胺产品的重量进行计算。在本文中,则以聚丙烯酰胺有效成分的重量来计算。

水解度的测定,采用黑龙江大学化学系研究提出的方法。按要求称取一定量的待测试样,用无水乙醇和丙酮纯化精制后,再用甲基橙—靛兰二磺酸钠混合指示剂滴定法测定。水解度的计算式为:式中:N-盐酸标准溶液当量浓度;V—至等当点时消耗盐酸标准溶液的体积〔mL);W-试样中聚丙烯酰胺含量按水解前重量计(m g)。

高浊度水静水絮凝沉淀试验在1000mL量简中进行。将黄河泥沙用自来水充分浸泡,配制成100kg/m 3 的高浊度水,加入部分水解的聚丙烯酰胺试样3.6m g(有效成份,后同),对水搅拌以进行混合反应。试验时,G值控制为400 S -1 左右。经T秒混合反应,当GT值达到4680时,将搅拌器轻轻提出,测量浑液面沉降段平均沉速。该沉速值愈大,表示相应的聚丙烯酰胺水解试样的絮凝性能愈好。

按上述方法,对于每一聚丙烯酰胺的水解试样,都可得到一组相对应的水解度与浑液面沉速关系数据,可绘成如图1所示的曲线。曲线a代表加碱比大于0.222:1的情况。此时随着水解度的增加,浑液面沉速先是逐渐上升,并达到一最大值,然后又随着水解度的增加而下降。在该最大值下的水解度,即为最佳水解度。

实验发现,聚丙烯酰胺的最佳水解度并非常数。在本实验条件范围内,最佳水解度在32~48%之间变化。

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