开题报告-羧甲基纤维素钠接枝丙烯酰胺絮凝剂的制备.doc

本 科 生 毕 业 论 文开题报告题目：羧甲基纤维素钠接枝丙烯酰胺絮凝剂的制备 姓 名： 段 旭 学 号： 201208010216 指导教师： 唐 宏 科 班 级： 化工122班 所在院系： 化学与化工学院 1 课题研究的意义和研究现状及水平11 课题研究的意义絮凝剂在用水与废水处理中占有重要的地位。首先絮凝能简单有效地脱除80%95%的悬浮物和65%95%的胶体物质，因而对降低水中COD有重要作用。絮凝对去除水中的细菌、病毒效果稳定，使处理水的进一步消毒、杀菌变得比较容易而有保证。此外，通过采用无机絮凝剂兼有除磷脱色等作用，比生物法除磷、脱色效果好。污泥脱水问题是当今废（污）水处理的主要问题，迄今为止，最合理可行的办法是通过投加适当的阳离子高分子絮凝剂，改善污泥性状，便于下一步机械脱水处理与无机絮凝剂相比，有机高分子絮凝剂具有用量少、产生的污泥量少，不易受水中共存盐类、PH及温度的影响，絮凝沉降速度快，污泥易于脱水等特点，因此是近年来国内外普遍重视、发展速度最快的一类水处理剂。羧甲基纤维素接枝共聚物絮凝剂是由于在羧甲基纤维素上接枝了具有絮凝功能的聚合物侧链，侧链基团与许多物质亲和、吸附，形成氢键；或这种侧链与被絮凝物质形成物理交联状态，使被絮凝物质沉淀下来，如染料废水中的染料、造纸厂废水的短纤维及其他悬浮物等。聚合物应用的关键在于其分子形态、相对分子质量、离子度。接枝型羧甲基纤维素絮凝剂克服了小分子絮凝剂絮凝易产生斥力而影响絮凝效果的缺点。本课题拟以丙烯酰胺为接枝单体，对该羧甲基纤维素接枝共聚物的制备工艺及其絮凝性能进行研究。12 研究现状1.2 .1国外现状 在国外,有机高分子絮凝剂的研究已较成熟,研究较普遍的除了聚丙烯酰胺的改性物外,环氧丙烷和胺的反应产物、聚亚胺类、聚季胺、聚环眯、聚乙烯咪唑啉等也是研究比较多的有机高分子絮凝剂,并且其中大部分已成为广泛应用的商品。但是国外关于双氰胺与甲醛的聚合物研究报道很少,关于聚胺类的絮凝剂虽有不少报道,但是还不尽完善,比如工艺复杂、反应条件苛刻、对设备的要求高、产品应用范围较单一等。所以,对这类絮凝剂国内的研究水虽然不高,但可以通过对工艺的改进,研究适宜的反应条件来弥补和国外研究水平的差距。1.2.2国内研究现状及水平我国有机高分子絮凝剂的发展从20世纪60年代初小量生产聚丙烯酰胺（PAM）系列产品开始。目前该系列产品的产量占有机高分子絮凝剂总产量的80%以上。目前国内PAM产品生产厂约80家，总生产能力大约10万t/a。其中大庆油田化学助剂厂生产能力约5万t/a（该厂系引进日本和法国技术，1997年正式投产），其余厂家各自规模在几百t至1000t不等。除PAM系列产品外，还有聚丙烯酸钠、聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC）和少量聚胺等产品.多年来国产PAM产品在品种、质量和数量上都不能满足国内需要，因此还有相当数量的进口，1995年约2万t，1996年约3万t，近几年每年进口约4万t。我国PAM产品在消费的构成上与发达国家有所不同。PAM在发达国家的应用范围主要是水处理、造纸、选矿、洗煤等。如美国约63%用于水处理，西欧为35%，日本为39%。在我国油田开采占81%，水处理9%，造纸5%，矿山2%，其他3%。2 选题的依据2.1 理论依据絮凝在水处理工序中占有非常重要的地位,而絮凝剂的使用决定了絮凝的效果。高分子絮凝剂分子量大,链的伸展度大,能起到很好的吸附架桥作用,所形成的絮凝体一般比较强韧,不易破碎,而且形成的污泥容易脱水,降低了污泥处理的成本。高分子絮凝剂在絮凝中高效、经济的特点,引起了水处理界的广泛关注。通过长期的研究发展,高分子絮凝剂不论是在种类上还是在特性上的研究都得到了长足的进展。丙烯酰胺(AM)及其盐的共聚物是一类用途广泛的多功能高分子化合物,是水溶性高分子聚电解质中重要的品种,广泛应用于石油工业、水处理、涂料、印染及农、林、园艺等方面1。所以本课题采用了羧甲基纤维素钠接枝丙烯酰胺共聚制备絮凝剂。2.2 技术依据此类接枝聚合方法、工艺过程与其它纤维素接枝多种类型单体合成絮凝剂差别不大。3 研究方案3.1絮凝剂的制备方法3.1.1 实验原料与设备：主要原料：羧甲基纤维素钠、丙烯酰胺、氢氧化钠、过硫酸钾 主要设备：电热恒温槽水浴锅、100目网筛、电子天平精密增力电动搅拌器、有机制备仪器（1套）3.1.2 制备方法与合成工艺：A制备方法：羧甲基纤维素钠+水 聚合（加入单体、引发剂） 中和（加碱） 过滤 洗涤 （加洗涤剂） 抽滤 烘干 产品B合成工艺：（a）纤维素的糊化、冷却 为使纤维素钠和单体进行接枝聚合反应，事先应将纤维素均匀的溶解于水中，使纤维素进行糊化。在搅拌下，加热至60oC左右下进行0.52h，水与羧甲基纤维素钠比值一般为420。 糊化后，继续在搅拌下冷却至常温，以便进行接枝共聚反应。（b）接枝聚合反应 冷却后的纤维素钠糊液，加入引发剂（过硫酸钾）、中和的单体（丙烯酰胺），同时搅拌，在一定温度下，反应25h。拟定原料配料比。引发剂为原料质量0.5%-2.5%；反应温度为4060oC左右，反应时间26h。（c）中和、过滤与洗涤 反应后的混合液呈酸性，必须加碱中和至pH值为68。中和后的混浊液经抽滤再洗涤，洗涤用水、甲醇、乙醇等。（d）粉碎、干燥 过滤和洗涤后的产品，由于粒子大小不均匀，有的粘在一起，需用粉碎机粉碎，过筛成合格的成品。C.检测方法：（1）接枝率：用抽提法提纯产物后，用称重法测定。 （2）絮凝效果：用模拟污水监测透过率。 （3）结构确定：IR，采用元素分析仪测定。 3.2 研究方法通过研究羧甲基纤维素钠接枝丙烯酰胺絮凝剂的制备反应中原料配比、反应温度、反应时间、引发剂浓度，丙烯酰胺中和度等因素对产物性能的影响情况，以期获得最佳的工艺条件。3.2.1 原料配比的影响：在相同的反应时间，保持相同的反应温度，采用等量的引发剂对原料进行如下配比：单体/CMC4:1, 6:1,8:1,10:1，12:1做为五个实验点。羧甲基纤维素钠/丙烯酰胺1:5, 1:3, 1:2, 2:3, 1:1做为五个实验点。3.2.2 反应温度的影响：反应温度对聚合反应速率和聚合微结构都有影响。反应温度高,聚合反应快,聚合反应难以控制,易出现冲料现象,反之低于30,聚合反应速度太慢。反应温度取40，45，50，55，60五个点。3.2.3 反应时间的影响：本聚合反应的前阶段是形成均匀悬浮粒子阶段,粒子形成后还需要一段时间的熟化。经熟化沉降下来的粒子不发粘,易分开,后处理工序简单。熟化时间过短,粒子熟化不好,容易粘在一起,难于干燥和粉碎;同时,反应进行不完全,滤液中残留单体多,三废处理困难,经大量实验确定,反应时间在26h取五个点。3.2.4引发剂浓度的影响：采用过硫酸钾作为引发剂，其用量为CMC质量的0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%做为五个实验点。3.2.5丙烯酰胺中和度的影响丙烯酰胺中和度控制在55%-75%之间，以55%、60%、65%、70%、75%为五个实验点。（注：以上影响因素都是控制在其它因素不变的情况下进行，并且控制搅拌速度在500r/min，）。 4 课题研究中面临的技术难点缺陷和拟采用的解决方法本课题的制备方法和工艺较传统，采用的是先糊化，然后接枝聚合，再用碱液中和，这就使聚合反应系统呈酸性，由此，如果进行工业生产就必须使用耐酸设备。针对这一情况，就要求在实验过程中对制备方法与工艺过程进行改进。改进的方法有：可以尝试用反相乳液接枝共聚与反相悬浮接枝共聚 将单体和纤维素的水溶液分散于烃类分散介质中，如果加入乳化剂，可以用油溶性引发剂，所以系统是油包水（W/O）乳业系统，加热接枝共聚，称为反相乳液接枝共聚；如果加入悬浮剂，则加入水溶性的引发剂进行接枝共聚，就为油包水（W/O）的悬浮液系统，称为反相悬浮接枝共聚。5 研究阶段的进度和要求，预期结果以及创新点5.1研究进度要求论文进度安排及完成的相关任务（以教学周为单位）：周 次论文任务及要求13毕业实习，收集资料4进行开题报告答辩514实验工作1517撰写并打印毕业论文18准备毕业答辩5.2预期结果(1) 通过对纤维素衍生物与丙烯酰胺接枝聚合制备絮凝剂的反应的考察,以求得到该反应的最佳工艺条件。 (2) 通过对该共聚物各项技术指标进行严格的分析，确定其絮凝效果。 5.3课题的创新点纤维素衍生物接枝单体合成絮凝剂的研究将是絮凝剂未来发展的大体趋势。本课题参考传统的接枝共聚制备方法、工艺过程，在此基础上采用单体与纤维素衍生物接枝共聚，对于各种影响因素利用正交法来确定最佳的合成工艺条件、路线；并且在实验过程中反相乳液接枝共聚与反相悬浮接枝共聚等方法来克服传统技术上的不足。以期能得到高絮凝性的絮凝剂。参 考 文 献1 马青山(Ma Qingshan),贾瑟(Jia Su),孙丽琳(Sun Liling).絮凝化学与絮凝剂(Flocculation Chemistry and Flocculants)M.北京:中国环境科学出版社(Beijing: China Envirmental SciencePress), 1998 2 Raju M P,Raju K M Design and synthesis of superabsorbent polymersJ. JApplPolySci, 2001,80 (13):2635-2639.3 张铸勇(Zhang Zhuyong).精细有机合成单元反应(UnitReactions for Fine Organic Synthesis)M.上海:华东化工学院出版社(Shanghai: Northeast China Institute of Chemical TechnologyPress), 1990.4BendaD.InverseEmulsionPolymerizationofAcrylamideandSaltsofAcrylicAcidJ .EurPolym J,1997,33:1 345 1 3525 陈双玲.反相乳液法制备丙烯酸钠和丙烯酰胺共聚物的研究D.北京:北京化工大学,20026 马希晨.CGSP高效复合絮凝剂的研制J.工业表面活性剂技术经济文集(6),2000:65677 王琛,李硕文,等.阳离子淀粉絮凝剂的合成及应用J.精细石油化工进展,2001,2(8):13- 16.8 杨通在,刘亦农,等.阳离子型改性高分子絮凝剂对轻工废水的处理J.工业水处理,1998,18(3):27- 29.