淀粉接枝水溶性聚合物的合成及其在赤泥分离中的应用研究

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1、中南大学博士学位论文淀粉接枝水溶性聚合物的合成及其在赤泥分离中的应用研究姓名：曹文仲申请学位级别：博士专业：化学工艺指导教师：钟宏20090601博士学位论文摘要采用水溶液聚合法、反相乳液聚合法合成了淀粉接枝聚丙烯酰胺二元共聚物及淀粉．丙烯酰胺．丙烯酸(钠)三元共聚物，将其应用于拜耳法氧化铝赤泥工业化分离试验，取得了良好的处理效果。采用水溶液聚合法合成了淀粉接枝丙烯酰胺聚合物，研究了聚合反应动力学和聚合反应机理。以过硫酸铵为引发剂，淀粉与丙烯酰胺在水溶液中进行接枝共聚反应，研究了反应温度、原料比例、淀粉种类、糊化方式对接枝反应的单体转化率、接枝率、接枝效率以及产品特性粘度的影响。结果表明，在反

2、应温度50℃、丙烯酰胺与淀粉的质量比2：1的条件下，70℃下糊化30min，产品接枝率71％，接枝效率84％，单体转化率97％，支链聚合物的相对分子质量700万。在接枝反应初期、低引发剂浓度下，建立了聚合反应的动力学方程：Rg皖KC嘏0擞c0‘C啦?渤表明淀粉与丙烯酰胺单体的接枝聚合反应过程符合自由基加聚反应机理，接枝共聚反应的链终止既有双基终止，又有初始自由基终止。采用反相乳液聚合法，合成了淀粉接枝聚丙烯酰胺的反相乳液产品，研究了反相乳液聚合工艺条件与聚合反应动力学。考察了乳化剂种类，乳化剂组成、乳化剂用量以及乳液形成方式对单体转化率、接枝率、乳胶粒径和产品特性粘度的影响。结果表明，以脂肪酸

3、(盐)为乳化剂，乳液具有良好的稳定性和低温溶解性；将表面活性剂进行复配得到的混合乳化剂的乳化效果优于单一乳化剂。以油酸与油酸钠复配物为乳化剂时，合成了单体转化率99％，接枝率82．5％，特性粘度1300ml／g的淀粉接枝丙烯酰胺反相乳液产品。考察了过硫酸铵、过硫酸铵．尿素和过氧化苯甲酰．亚硫酸钠三种引发剂体系对单体转化率、产品特性粘度的影响。结果表明，在接枝反应初期、低引发剂浓度下淀粉接枝丙烯酰胺反相乳液聚合反应动力学关联式为：毽oc碰kn51％1·10G?Qn30符合反相乳液聚合反应规律。采用反相乳液聚合法，在淀粉接枝丙烯酰胺二元共聚体系中，加入离子型单体丙烯酸(钠)，合成了具有不同电荷分布

4、、电荷密度的淀粉．丙烯酰胺．丙烯酸(钠)三元共聚物。在过硫酸铵．尿素的引发下，博士学位论文摘要考察了pH、单体比例对接枝反应转化率、接枝率的影响。结果表明，在pH值为6"-'-'7条件下，可得到负电荷在支链上均匀分布的接枝聚合物产品。考察了氨羧络合剂、EDTA2Na及其复配物E．N对过硫酸铵．尿素引发体系的催化作用。结果表明，三种催化剂均能有效降低过硫酸铵．尿素的引发温度，提高单体转化率和产品的特性粘度。在过硫酸铵．尿素．(E．N)催化引发下，丙烯酰胺与丙烯酸钠质量比为7：3，乙烯基单体与淀粉质量比为2：1，30℃反应6h时，合成了单体转化率99％，接枝率80．5％，产品特性粘度1650ml／

5、g的淀粉．丙烯酰胺．丙烯酸(钠)三元共聚反相乳液产品。用红外光谱、偏光显微镜、扫描电镜分析等手段表征了淀粉接枝二元和三元共聚物的化学结构、形态结构和反相乳液聚合物的乳胶粒粒度。结果表明，合成的淀粉接枝共聚物符合预期结构，未糊化的淀粉接枝后，聚合物保持团粒结构，表面接枝上了乙烯基均聚物；糊化的淀粉接枝后，形成了均匀的淀粉接枝共聚物。在比较淀粉接枝共聚物产品和已有的合成高分子絮凝剂产品的基础上，将产品应用于拜耳法氧化铝溶出赤泥的工业分离过程。考察了絮凝剂种类与用量对沉降速度、浮游物含量及底流固含等沉降分离指标的影响。结果表明，在进料量为820m3／h，絮凝剂用量为300mg／Kg时，沉降速度高于1

6、6cm／min，浮游物含量低于0．15g／L，底流固含高于470g／L，满足赤泥分离生产要求。关键词赤泥分离，淀粉接枝共聚物，絮凝剂，水溶液聚合，反相乳液聚合Ⅱ博士学位论文ABSTRACTABSTRACTAbinarystarchgraftpolyacrylamidecopolymerandaternarystarch。acrylamide—acrylateacid(sodiumacrylate)copolymerweresynthesizedbyaqueoussolutionpolymerizationandinverseemulsionpolymerization．Thetwostarch

7、graftcopolymerswereemployedinthered。mudseparationofaluminaindustrialprocessing，andbothofthemshowedtheexcellentseparationability．Onestarchgraftacrylamidecopolymerwassynthesizedbygraftcopolymerizationof