新型絮凝劑的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 新型絮凝劑的發(fā)展及研究現(xiàn)狀
2009-10-22 09:02
近年來，隨著合成技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)應(yīng)用的需要，越來越多的新型結(jié)構(gòu)聚合物絮凝劑得到開發(fā)與應(yīng)用，如聚合物有機(jī)微粒絮凝劑、樹枝狀聚合物絮凝劑和梳型聚合物絮凝劑等。梳形聚合物是一種特殊的接枝聚合物，它由一條聚合物主鏈和多條與之通過共價(jià)鍵相連的支鏈組成。梳形聚合物與一般的接枝聚合物在精細(xì)結(jié)構(gòu)方面的區(qū)別為：梳形聚合物分子中所有側(cè)鏈等長；梳形聚合物的接枝密度遠(yuǎn)高于一般的接枝聚合物。
通過對絮凝劑絮凝機(jī)理的研究可知，聚合物相對分子質(zhì)量是架橋絮凝的關(guān)鍵因素，其他的因素，如聚合物的電荷密度、顆粒表面的電荷密度和系統(tǒng)的離子強(qiáng)度也很重要。相對分子質(zhì)量越高，鏈越長，在顆粒間架橋形成絮凝物的能力就越強(qiáng)。而聚合物電荷密度是聚合物分子向顆粒表面擴(kuò)散、吸附的主要驅(qū)動(dòng)力，電荷密度越高，對細(xì)小顆粒的靜電吸附點(diǎn)就越多，導(dǎo)致聚合物與顆粒間的強(qiáng)烈吸附。同時(shí)，聚合物電荷密度越高，分子鏈上帶電基團(tuán)之間的靜電排斥力越大，使聚合物分子鏈在溶液中呈更舒展的構(gòu)型，有利于細(xì)小顆粒表面聚合物分子形成的環(huán)或鏈的擴(kuò)展。但也應(yīng)注意，聚合物的電荷密度過高，將加快聚合物的重構(gòu)速度，并使聚合物呈平坦的吸附構(gòu)型，對架橋絮凝將產(chǎn)生不利的影響。
現(xiàn)比較兩種結(jié)構(gòu)絮凝劑，一種是常用線性無規(guī)的陽離子共聚物，另一種為梳形結(jié)構(gòu)接枝聚合物，其支鏈?zhǔn)猃X是陽離子低聚物，其結(jié)構(gòu)見圖1。
由圖l可以看出，無規(guī)陽離子共聚物的電荷隨機(jī)分布在分子鏈上，局部的電荷密度較低，而梳型結(jié)構(gòu)陽離子絮凝劑的電荷集中分布在梳齒上，局部電荷密度較高。
圖2是隨機(jī)線性結(jié)構(gòu)與接枝結(jié)構(gòu)陽離子絮凝劑絮凝示意圖。從圖2可以看出，對于無規(guī)則陽離子共聚物，位于“架橋”部分的陽離子基團(tuán)并沒有很好地和懸浮顆粒表面起到靜電中和作用，而是被“浪費(fèi)”掉。如果把聚合物設(shè)計(jì)含有陽離子聚合物為支鏈的梳型聚合物，沿著主鏈分布著一些陽離子低聚物的“梳齒”，這樣的結(jié)構(gòu)就可以解決上述線性共聚物絮凝劑的缺點(diǎn)。由于“梳齒”陽離子低聚物的電荷密度高，使得梳型聚合物極易吸附到顆粒表面，而主鏈則形成良好的“架橋作用”。這種結(jié)構(gòu)不僅充分利用了陽離子電荷，且起到很好的“架橋絮凝”效果。
近年來，對于接枝共聚的方法屢有新研究成果發(fā)表，并在此基礎(chǔ)上研制了一系列新型的高性能梳形接枝共聚物絮凝劑。接枝梳形共聚物絮凝劑的研究日益引起人們的重視。xiaoh和gibbs等制備了以pam為骨架，支鏈含有peo(聚氧化乙烯)結(jié)構(gòu)的梳型聚合物。lid等通過對帶有丙烯酸(aa)結(jié)構(gòu)單元的pam(丙烯酸單元的引入可以通過pam部分水解，或aa與am共聚而得到)進(jìn)行功能化改性，使其aa轉(zhuǎn)變成活性的丙烯酰氯結(jié)構(gòu)(ac)，再和陽離子低聚物pei偶合反應(yīng)，成功制備了支鏈為pei、主鏈為pam的陽離子梳型聚合物。zhu等采用印co輻照引發(fā)聚合方式，制備共聚物。gul和zhus等采用用共混擠出工藝制備梳型聚合物但是存在出現(xiàn)凝膠的情形，只有在控制反應(yīng)溫度不要太高，而擠出速率和pdm．daac／pam的質(zhì)量比應(yīng)在較高的情況下進(jìn)行，這樣可以減少凝膠的形成，制備出pdmdaac含量較高的陽離子梳型聚合物。
近10幾年來，國內(nèi)外在水處理劑方面的研制和開發(fā)工作取得了很大的進(jìn)展，絮凝劑品種繁多，從低分子到高分子、從無機(jī)到有機(jī)、從單一型到復(fù)合型是其發(fā)展走向，逐步形成系列化和多樣化的產(chǎn)品?？偟内厔菔窍蛄畠r(jià)實(shí)用、環(huán)保、無毒高效的方向發(fā)展