W/W乳液型聚合物/蒙脱土纳米复合絮凝剂

絮凝是工业废水处理的重要过程之一。现广泛应用的粉状聚丙烯酰胺（PAM）类絮凝剂生产成本高，溶解困难，对染料等有机物和重金属离子的去除能力差。本项目采用在盐水体系中分散聚合的方法，用制革废料提取的胶原蛋白作稳定剂，在经二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）单体插层改性的钠基蒙脱土（MMT）片层间进行原位聚合，制备水包水乳液型P（AM-DMDAAC）/ MMT纳米复合多功能絮凝剂，并对其结构进行表征。研究胶原蛋白分子量及用量、盐水比例和蒙脱土的插层改性及用量等对聚合及聚合物与MMT的复合结构的影响。研究用胶原蛋白作稳定剂的水包水乳液聚合的成核机理。研究该类絮凝剂对染料等小分子有机物和重金属离子等的吸附热力学和动力学参数并建立模型。研究絮凝效果及絮凝机理。本项目的实施对制革废料的资源化利用、水包水乳液型聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备及相关机理、新型多功能絮凝剂的研究等具有重要的理论和应用意义。

分别采用十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）、丙烯酰胺（AM）和明胶等对钠基蒙脱土(Na-MMT)进行插层改性，四种插层剂都能对MMT形成插层改性。分别采用CTMBA/MMT和明胶/MMT对活性翠兰K-GL染料模拟废水进行吸附处理，发现改性后的蒙脱土对染料的吸附量明显增大。明胶/MMT对染料和铬离子都具有较好的吸附性能。CTMBA/MMT对活性翠蓝K-GL的吸附机理可用Freundlich吸附模型较好的描述，且其为吸热过程；准二阶动力学方程更适用于描述吸附过程。将DMDAAC插层改性的MMT加入AM和DMDAAC的混合单体中，采用原位插层聚合方式，制备了聚丙烯酰胺/蒙脱土纳米复合絮凝剂（PMC）。PMC形成以插层为主和少量MMT剥离的混合结构。PMC的絮凝效果优于相应的纯聚合物和其与MMT的共混物。纯的聚合物插层改性的MMT（S-PMC）并用于活性翠兰K-GL染料模拟废水的吸附脱色。研究表明，当S-PMC的加入量为3.5g/L，染料浓度为100mg/L时，脱色率达到98%。S-PMC对活性翠兰K-GL的吸附更符合Langmuir等温模型和准二阶动力学方程。吸附是放热过程，升温不利于吸附进行。该吸附过程还存在离子交换和絮凝等化学过程。.采用明胶为稳定剂，以硫酸铵(AS)水溶液为分散介质，分别制备了冷水可溶且稳定的W/W型PAM乳液（WPAM）以及W/W型PAM/MMT纳米复合乳液（WPAMt），并得到了最佳的合成条件。相差显微镜观察发现WPAM在聚合前成均相，随聚合的进行，逐步形成稳定的球形W/W型PAM乳胶粒。在WPAMt聚合前可明显的观察到蒙脱土颗粒。聚合反应开始后，体系中游离的单体，以及MMT片层间的单体相继引发产生自由基反应，形成聚合物链插层蒙脱土的复合结构，并不断将蒙脱土大颗粒分离成小颗粒，最终形成稳定的WPAMt乳液，但形成的乳胶粒相比WPAM不呈规整的球形。由于明胶的链转移作用，WPAM聚合物的分子量较小，絮凝性能较差，但乳液对铬离子具有一定的去除能力。由于MMT的物理交联作用，WPAMt的絮凝效果相比WPAM得以大幅度提高。.将WPAMt乳液用乙醇破乳并洗除水溶性物质后得到聚合物插层MMT（SWPAMt）并用于对酸性黄G的吸附研究。SWPAMt对酸性黄G的吸附更符合Langmuir等温模型和准二阶动力学方程。