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从图3 可以看出,接枝百分率、单体转化率和接枝效率随着时间的增加而增大,当反应时间为3h 时,单体转化率达到67.01%,反应体系中单体浓度降低到一定程度后,体系中以链终止为主,所以继续增加反应时间,接枝效果微有增加,但总体趋于稳定。因此,反应时间选择3h。
1.4.4 单体用量对接枝共聚反应的影响
准确称取2.025g 淀粉于装有50ml 去离子水的150ml 三口烧瓶中,加热糊化,冷却至30℃,在氮气保护下加入1ml0.1mol/L 的引发剂,然后加入50ml 一定浓度的丙烯酰胺溶液,100r/min 机械搅拌下反应3h。反应结束后取样分析,结果如下:
图4 表明,其它条件一定时,丙烯酰胺单体用量较低时,单体转化率和接枝效率都较高,而接枝百分率较低。当单体用量增加时,接枝百分率迅速上升,单体转化率和接枝效率缓慢降低,有利于改善接枝效果,体系中单体含量为3~4g 效果比较好。继续增加单体用量,接枝百分率上升缓慢,单体转化率和接枝效率继续降低,总体接枝效果变差。
1.5 红外光谱分析[11-12]
红外光谱是分子光谱,用于研究分子的振动能级跃迁。一定波长的红外光照射被研究物质的分子,若辐射能等于振动基态的能级与第一振动激发态的能级之间的差时,则分子可吸收能量,由振动基态跃迁到第一振动激发态,分子吸收红外光后,引起辐射光强度的改变,由此可记录红外吸收光谱,通常以波数或波长为横坐标,百分透过率或吸光度为纵坐标记录。
利用shimadzuFT-IR8000 型红外光谱仪对原料淀粉、淀粉接枝聚丙烯酰胺进行表征,得到的红外图谱如下:
从淀粉接枝聚丙烯酰胺的红外图谱中不难看出:接枝共聚物的红外图谱与淀粉相似,说明它以淀粉分子链为主链,3415 cm-1 处的宽峰为淀粉上-OH 伸缩振动吸收峰,在3220 cm-1处出现一条谱带,符合仲酰胺的特征。在2940 cm-1 和2870 cm-1 处出现双峰,这说明共聚物中具有C-CH2-C 结构,而且在2940 cm-1 处混有C-H 伸缩振动吸收峰,兼有淀粉和聚丙烯酰胺特征。在1670 cm-1 和1640 cm-1 出现很明显的两条谱带,这分别是-CONH2 的酰胺Ⅰ带和Ⅱ带,由于浓度的不同,谱带出现位置和聚丙烯酰胺谱图的有所差异。1460、1420、1380 和1370 cm-1 都为C-H 的弯曲振动,而1380 cm-1 和1370 cm-1 吸收峰的出现,说明了在接枝共聚反应中淀粉葡萄糖链发生了变化,同时在1160、1080 和1030 cm-1 出现C-O、C-C 的伸缩振动吸收峰,而只在588、768 和945 cm-1 出现C-H 面外弯曲振动吸收峰,这也说明了淀粉分子骨架发生了一定的变化。这些都说明了淀粉的确已接在聚丙烯酰胺上形成接枝共聚物。
1.5 絮凝实验
1.5.1 改性淀粉絮凝剂加药量对高岭土浊水絮凝效果的影响
称1.00g 高岭土于1L 烧杯中,加入1L 自来水,搅拌均匀,调节pH 中性,加入一定量的改性淀粉絮凝剂,使用定时定速六联搅拌机首先以200r/min 的速度搅拌2min,再以20r/min的速度搅拌8min,静置12h,去上清夜,用XZ-1 型散色光浊度仪测定剩余浊度。
淀粉接枝聚丙烯酰胺絮凝剂在使用过程中,用量对于浊水的处理效果有着明显的影响,用量过少或者过多,都达不到絮凝的效果。从图5 中可以看出,絮凝剂用量在0.5ppm 时效果最好。
1.5.2 pH 值对改性淀粉絮凝剂性能的影响
称1.00g 高岭土于1L 烧杯中,加入1L 自来水,搅拌均匀,调节pH 至一定值,加入0.5ml1g/L 的改性淀粉絮凝剂,使用定时定速六联搅拌机首先以200r/min 的速度搅拌2min,再以20r/min 的速度搅拌8min,静置0.5h,取上清夜,用XZ-1 型散色光浊度仪测定剩余浊度。
结果表明,pH 值对淀粉接枝聚丙烯酰胺的絮凝效果有较大影响,降低pH 值对改善絮凝效果有着很大帮助,尽管pH 值为1 时絮凝效果很好,但浊水的酸度太大会给絮凝剂的实际应用带来不便,因此,选择pH=4 比较合适。
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