紫外光引发模板聚合PAM絮凝剂新方法及相关机理研究

Flocculants are considered as the key part and the core infrastructure of pollution control in the flocculation-coagulation process. With the development of water pollution control engineering, polyacrylamides (PAMs), one kind of organic flocculants with high molecular, is widely used in the water treatment and sludge condition.Unfortunately, both the present synthesis methods and the application level of the PAMs need to be improved further. In the case of cationic polyacrylamides (CPAMs), the disadvantages of traditional CPAMs were as follows: the random sequence distribution of the monomer unit in the polymer chain, dissatisfied solubility, high content of residual monomers and production cost, high energy consumption, and so on. But above all, these shortages are mainly sourced from the present synthesis methods and initiation processes. Template polymerization is a novel method for synthesizing a specific structural PAMs while the ultraviolet-initiated polymerization is a distinguished and environment-friendly initiation process with less energy consumption during the synthesis process. Specially, it is meaningful and beneficial to obtain CPAMs with excellent performance and low production cost by the combination of the aforementioned template polymerization technology and UV - initiation process. Therefore, we put forward UV-initiated template polymerization technology which combine template polymerization technology and UV - initiation process, in order to obtain the CPAMs with improved flocculation performance effectively characterized by the controllable micro-block structure, the operational molecular weight and the molecular weight distribution range, low content of residual monomers, and high solubility. Simultaneously, the relevant polymerization mechanisms are proposed and the flocculation-coagulation mechanisms are developed thoroughly. Further, the obtained new technologies and theories are expected to be employed in the synthesis and application on other kinds of PAMs. In conclusion, this project not only involves the academic frontiers, but also bonds the strategic needs for the national environmental protection.

絮凝剂是絮凝污染控制方法的关键部分和核心基础。聚丙烯酰胺（PAM）是有机高分子絮凝剂中最重要的一类，随着水污染控制事业的发展，其制备和应用水平均有待提高，以阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）为例，存在的不足有：结构单元分布无规则，溶解性较差、残单量高，价格高、生产能耗较高。这些不足主要根源于现有的合成方法和引发方式。模板聚合是合成具有特定结构PAM的新方法，紫外光引发是一种耗能极低的新引发方式。将这两种方法相结合有利于获得性能优异、价格低廉的絮凝剂，意义重要。因此，特提出开展该研究。研究在紫外光引发下模板聚合CPAM的新方法，希望能制备出微嵌段结构可控可调、分子量和分子量分布区间可控可调、残单量低、溶解性好、絮凝性能有效提升的CPAM。研究其相关反应机理和应用机理，丰富和发展絮凝理论，希望获得的新方法、新理论在其他类型PAM研究和应用中也有借鉴作用。本项目既涉及学科前沿，也结合国家环保战略需求。

随着对水污染控制技术的要求不断提高，水处理领域对高性能、安全环保的有机高分子絮凝剂也提出了刚性需求。聚丙烯酰胺（PAM）是有机合成型高分子絮凝剂中最重要的一类，但研究和应用中仍存在一些不足。如：价格高、溶解性差、生产能耗较高、残单量高等。在有机高分子聚合研究中，模板聚合是合成具有特定结构PAM的一种新方法，紫外光引发操作简便、引发快速、耗能极低，两种方法的结合有利于获得性能优良、价格低廉的絮凝剂。因此，开展紫外光引发模板聚合聚丙烯酰胺絮凝剂新方法及相关机理研究，有益于制备性能优异的有机高分子水处理絮凝剂。该项目研究既涉及学科前沿，又结合国家环保战略需求；在水污染控制领域，具有良好的实际应用前景。.项目组完成了预定的试验研究和相关理论分析，取得了一些有意义的成果，超额完成了预定研究任务。项目组研究了紫外光引发模板聚合PAM的新体系、新技术，研究和探索了紫外光引发模板聚合PAM的机理。在该项目资助下，在国内外高水平学术期刊发表了标注有国家自然科学基金项目编号的研究论文共38篇（其中：国外英文SCI期刊33篇，国内SCI期刊2篇，北大中文核心期刊3篇），另有一些论文正在撰写或审稿中；获授权发明专利6项，另申请发明专利9项；还有一些论文在国际学术会议上交流。该项目还对一些科技奖励做出了有益贡献，如：重庆市2017年自然科学一等奖（项目负责人为第一完成人）；重庆市2016年科技进步一等奖（项目负责人为第一完成人）；2016年度中国石油和化学工业联合会科学技术奖科技进步三等奖等。项目资助或部分资助了1名博士后完成博士后研究工作，6名博士研究生完成博士学位论文，12名硕士研究生完成硕士学位论文。项目负责人作为编委之一参与编写书籍3本。在基金的支持下还开展了一些水处理剂标准化工作，项目负责人作为主要起草人之一，起草并获批国家标准4项，国家行业标准2项，重庆市地方行业标准1项，为行业和学科发展做了一些基础性的有益工作，推动和引导了有关行业的进步。