1 前言
近年来， 绿色环保化学成为化学研究的焦点和热点， 随着对环境污染治理力度的加大， 对水质处理絮凝剂的要求也日益严苛。聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC） 作为高效率、无毒副作用的绿色絮凝剂日益引人注目。
二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC） 单体是一种水溶性极强的含有2 个不饱和键的季铵盐， 而DMDAAC 的纯度和生产成本， 直接制约着聚合物PDMDAAC 工业化生产的实现， 目前其制备方法基本可概括为一步法和两步法两种， 一步法是经叔胺化生成的叔胺不经分离， 直接与烯丙基氯反应生成DMDAAC。此法过程简单， 收率高， 最高收率可接近100%， 但一步法得到的单体溶液中含有大量副产物， 其去除十分困难。笔者采用两步法即在碱性条件下， 由二甲胺与烯丙基氯反应生成叔胺； 经分液分离后， 再与烯丙基氯反应生成DMDAAC。
笔者将以两步法合成的单体经三阶段升温反应均聚得到PDMDAAC， 对其絮凝性能进行了实验，并考察了几种因素对絮凝效果的影响。
2 实验部分
2.1 仪器和试剂:仪器： AVATAR-360 型傅里叶红外光谱仪（美国Nicolet 公司）、乌式粘度计（上海思尔科学仪器有限公司）、岛津UV-240 型紫外可见光谱仪（日本岛津公司）、DF-101S 型恒温加热磁力搅拌器（福华仪器有限公司）、FA1104 型分析天平（赛多利斯仪器有限公司）、BJ-260 型pH 计（上海雷磁电子科技有限公司）。
试剂： 烯丙基氯、二甲胺、丙酮、盐酸、氢氧化钠、氯化钠、百里酚酞（以上试剂均为AR）；高岭土（工业级）。
2.2 实验步骤
2.2.1 DMDAAC 的制备:在装有回流冷凝管的三颈烧瓶中， 加入二甲胺， 冰水浴（5℃） 下电磁搅拌， 以百里香酚酞为指示剂， 交替滴加等物质的量氢氧化钠和水洗提纯后的烯丙基氯， 保持指示剂不显色， 并在1.5~2 h内滴加完成。继续反应1.5 h， 用分液漏斗进行两相分离， 向上层氢氧化钠干燥2 h 后的油相物（叔胺） 中加入等体积的烯丙基氯和两倍体积的丙酮，升温至45℃， 2 h 后可观察到有白色晶体从丙酮中析出， 继续反应2 h 得到晶形漂亮的白色单体。
2.2.2 PDMDAAC 的制备:在已经安装好回流冷凝器的四颈烧瓶中， 加入一定量的DMDAAC 单体， 加入相应计算量的硫酸铵（APS） 引发剂， 再加入溶有乙二胺四乙酸二钠计算量去离子水， 在低于40℃的环境下， 并在氮气保护下， 分三阶段升温， 制得聚合物PDMDAAC。在单体浓度为65%、APS 与DMDAAC 质量比为0.35% 、Na2EDTA 与DMDAAC 质量比为0.0035%条件下， 第一阶段反应2 h， 第二阶段和第三阶均反应3 h， 并将温度依次设定为46.0、55.5、67.0℃，得到的聚合物特性粘度可达2.78 dL ／ g。
2.2.3 指标测定:单体转化率的测定： 按GB 12005.3-1989 测定单体双键的残余量来计算未反应的DMDAAC 物质的量， 进一步计算单体转发率。
DMDAAC 特性粘度测试： 1 mol ／ L 的氯化钠溶液为溶剂， 用乌式粘度计在（30.0±0.1）℃测定溶液的流出时间t， 采用一点法计算其特性粘度。
2.2.4 混凝实验：取1 000 mL 水样搅拌器搅拌均匀后加入3 mg的PDMDAAC， 再用搅拌器先快搅2 min， 再慢搅5 min， 静置10 min 后取距上液面2 cm 处的清液，作水质测试。其水样为实验室自制高岭土模拟水样： 称取高岭土2.507 2 g， 置于1 000 mL 烧杯中，用电磁搅拌器以200 rpm 的速度搅拌10 min， 使其成均匀的悬浊液， 其透过率为5.6%。
2.3 目标产物表征：图中b 曲线为DMDAAC 的红外谱图， 3 020cm-1 处是＝CH2中C—H 的伸缩振动峰， 2 969 cm-1处是-CH3-和-CH2-的伸缩振动峰， -C＝C-的伸缩振动峰出现在1 640 cm-1， 1 459 cm-1 是N 原子邻位上的C—H 面内弯曲振动吸收峰， 双键碳原子上的C-H 面外弯曲振动吸收峰分别在1 000 cm-1 和880cm-1 处。图中a 曲线可看出与双键有关的红外吸收谱带， 即3 090、3 010、1 640 、850~879 cm-1， 已经明显减弱或消失， DMDAAC 已经聚合成了PDMDAAC。
3 结果与讨论
3.1 pH 值对PDMDAAC 絮凝效果的影响：在1 000 mL 水样中投加3 mg／L 的PDMDAAC，用氢氧化钠溶液或者稀盐酸调节pH， 实验结果见图2。
由图2 可知， pH 值在6~9 范围内有较好的絮凝效果， 其中pH=7 时效果最佳。pH 值低于6 时其絮凝效果较差， 这是由于pH 值过低时会使ζ 电位下降而使胶体出现再稳现象， 使其絮凝效果下降。
3.2 PDMDAAC 用量对絮凝效果的影响：调节模拟水样的pH =7， 投加不同用量的PDMDAAC， 实验结果见图3。
由图3 可知， 当絮凝剂用量为3 mg ／ L 时絮凝效果较好， 但增加到4 mg ／ L 透过率开始下降， 絮凝效果开始变差， 这是由于当絮凝剂用量增加时，电中和能力和吸附作用增强， 透过率逐渐升高； 但过量时， 胶体电荷发生较大逆变而出现返浑现象，因此絮凝效果变差。
3.3 温度对PDMDAAC 絮凝效果的影响：调节模拟水样的pH =7， 投加3 mg ／ L 的PDMDAAC， 在不同温度下进行混凝实验， 其实验结果见图4。
由图4 可知， 随着温度升高， 透过率逐渐增大， 絮凝效果越来越好， 当温度达到50℃时， 其絮凝效果最好， 但温度超过50℃后， 透过率有明显的下降趋势。
3.4 静置时间对PDMDAAC 絮凝效果的影响：调节模拟水样的pH=7， 温度为50℃， 投加3 mg ／ L 的PDMDAAC， 在不同的静置时间下进行混凝实验， 其实验结果见图5。
由图5 可知， 一定条件下， 静置时间越长， 其透过率越高， 絮凝效果越好。但当静置10 min 后，再延长静置时间其透过率已无明显提高。
4 结论
1） DMDAAC 单体两步法制备时， 叔胺合成单体时， 加入两倍体积的丙酮为溶剂， 可得到在丙酮中析出的晶形漂亮的白色单体。
2） 单体浓度为65%， APS 与DMDAAC 质量比为0.35%， Na2EDTA 与DMDAAC 质量比为0.003 5%，第一阶段反应2 h， 第二阶段和第三阶均反应3 h，并将温度依次设定为46.0、55.5、67.0 ℃， 得到的PDMDAAC 特性粘度可达2.78 dL ／ g。
3） 在投加量为3mg／L， pH=7， 混凝温度为50℃，静置10min 的条件下， PDMDAAC 的透过率最佳， 其与原水样比值可达到9.5∶1， 有良好的絮凝效果。
