Ultra-High-Molecular-Weight, Narrow-Polydispersity Polyacrylamides Synthesized Using Photoiniferter Polymerization to Generate High-Performance Flocculants

分散性 絮凝作用 聚电解质 阳离子聚合 材料科学 聚合 化学工程 单体 共聚物 聚合物 摩尔质量分布 高分子化学 复合材料 工程类
作者
Moritz Streicher,Volodymyr Boyko,Adam Blanazs
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (50): 59044-59054 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acsami.3c14483
摘要

Ultra-high-molecular-weight, water-soluble polyelectrolytes are commonly employed as flocculants for solid-liquid separation via colloidal destabilization, enabling the rapid and efficient removal of particulate matter from wastewater streams. A drive toward more sustainable and less polluting industrial practices, coupled with the desire to reduce freshwater usage and improve closed-loop systems, demands the development of flocculants with ever-higher dewatering dose performance. Herein, the use of trithiocarbonate-mediated reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization under either blue LED (λmax = 470 nm) or UV (λmax = 365 nm) irradiation, known as photoiniferter polymerization, was successfully utilized to generate ultra-high-molecular-weight (Mn > 1,000,000 g mol-1) polyelectrolyte copolymer flocculants with narrow molecular weight distributions (Mw/Mn < 1.2). Cationic and anionic polyelectrolyte flocculants were synthesized containing various monomer compositions of acrylamide (AM), dimethylacrylamide (DMA), 3-(acryloyloxyethyll)trimethylammonium chloride (DMAEAq), 3-(acrylamidopropyl)trimethylammonium chloride (APTAC), sodium acrylate (NaAA), and sodium 2-(acrylamido)-2-methylpropylsulfonate (NaATBS) with high monomer conversion using simple experimental apparatus. The narrow molecular weight distribution cationic polyelectrolytes showed improved flocculation efficiency in the clarification of kaolin suspensions of up to 50% in comparison to a broad polydispersity (Mw/Mn > 5.0) commercial benchmark with an equivalent number average molecular weight. The improved performance of the narrow-polydispersity copolymers is attributed to the reduction in the content of the lower-molecular-weight polymer chains, which impart lower flocculation performance.
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