新型絮凝剂的发展及研究现状 新型絮凝剂的发展及研究现状
2009-10-22 09:02
近年来，随着合成技术的发展和工业应用的需要，越来越多的新型结构聚合物絮凝剂得到开发与应用，如聚合物有机微粒絮凝剂、树枝状聚合物絮凝剂和梳型聚合物絮凝剂等。梳形聚合物是一种特殊的接枝聚合物，它由一条聚合物主链和多条与之通过共价键相连的支链组成。梳形聚合物与一般的接枝聚合物在精细结构方面的区别为：梳形聚合物分子中所有侧链等长；梳形聚合物的接枝密度远高于一般的接枝聚合物。
通过对絮凝剂絮凝机理的研究可知，聚合物相对分子质量是架桥絮凝的关键因素，其他的因素，如聚合物的电荷密度、颗粒表面的电荷密度和系统的离子强度也很重要。相对分子质量越高，链越长，在颗粒间架桥形成絮凝物的能力就越强。而聚合物电荷密度是聚合物分子向颗粒表面扩散、吸附的主要驱动力，电荷密度越高，对细小颗粒的静电吸附点就越多，导致聚合物与颗粒间的强烈吸附。同时，聚合物电荷密度越高，分子链上带电基团之间的静电排斥力越大，使聚合物分子链在溶液中呈更舒展的构型，有利于细小颗粒表面聚合物分子形成的环或链的扩展。但也应注意，聚合物的电荷密度过高，将加快聚合物的重构速度，并使聚合物呈平坦的吸附构型，对架桥絮凝将产生不利的影响。
现比较两种结构絮凝剂，一种是常用线性无规的阳离子共聚物，另一种为梳形结构接枝聚合物，其支链梳齿是阳离子低聚物，其结构见图1。
由图l可以看出，无规阳离子共聚物的电荷随机分布在分子链上，局部的电荷密度较低，而梳型结构阳离子絮凝剂的电荷集中分布在梳齿上，局部电荷密度较高。
图2是随机线性结构与接枝结构阳离子絮凝剂絮凝示意图。从图2可以看出，对于无规则阳离子共聚物，位于“架桥”部分的阳离子基团并没有很好地和悬浮颗粒表面起到静电中和作用，而是被“浪费”掉。如果把聚合物设计含有阳离子聚合物为支链的梳型聚合物，沿着主链分布着一些阳离子低聚物的“梳齿”，这样的结构就可以解决上述线性共聚物絮凝剂的缺点。由于“梳齿”阳离子低聚物的电荷密度高，使得梳型聚合物极易吸附到颗粒表面，而主链则形成良好的“架桥作用”。这种结构不仅充分利用了阳离子电荷，且起到很好的“架桥絮凝”效果。
近年来，对于接枝共聚的方法屡有新研究成果发表，并在此基础上研制了一系列新型的高性能梳形接枝共聚物絮凝剂。接枝梳形共聚物絮凝剂的研究日益引起人们的重视。xiaoh和gibbs等制备了以pam为骨架，支链含有peo(聚氧化乙烯)结构的梳型聚合物。lid等通过对带有丙烯酸(aa)结构单元的pam(丙烯酸单元的引入可以通过pam部分水解，或aa与am共聚而得到)进行功能化改性，使其aa转变成活性的丙烯酰氯结构(ac)，再和阳离子低聚物pei偶合反应，成功制备了支链为pei、主链为pam的阳离子梳型聚合物。zhu等采用印co辐照引发聚合方式，制备共聚物。gul和zhus等采用用共混挤出工艺制备梳型聚合物但是存在出现凝胶的情形，只有在控制反应温度不要太高，而挤出速率和pdm．daac／pam的质量比应在较高的情况下进行，这样可以减少凝胶的形成，制备出pdmdaac含量较高的阳离子梳型聚合物。
近10几年来，国内外在水处理剂方面的研制和开发工作取得了很大的进展，絮凝剂品种繁多，从低分子到高分子、从无机到有机、从单一型到复合型是其发展走向，逐步形成系列化和多样化的产品。总的趋势是向廉价实用、环保、无毒高效的方向发展