聚丙烯酰胺的合成及應用

摘 要：對近年來廣泛研究和使用的聚丙烯酰胺絮凝劑進行了綜述，聚丙烯酰胺絮凝劑根據(jù)電荷類型分為了陽離子型、陰離子型、兩性型和非離子型。同時對聚丙烯酰胺絮凝劑的合成機理及應用進行歸納闡述，并對高分子絮凝劑的發(fā)展前景進行了展望。

關鍵詞：聚丙烯酰胺；合成；應用

1 引言

有“百業(yè)助劑”之稱的聚丙烯酰胺（PAM）是一個仍在快速發(fā)展的系列產品，目前已有五大系列2000多個品種，廣泛應用于國民經濟的各個領域。有機高分子絮凝劑種類繁多，目前研究熱點主要集中在高分子合成型絮凝劑，有機高分子絮凝劑又可分為四種類型，即：陽離子型、陰離子型、兩性型和非離子型絮凝劑，其中陰離子型和非離子型絮凝劑的脫水能力不佳，故使用較少。

2 聚丙烯酰胺的合成

聚丙烯酰胺一般分為陽離子聚丙烯酰胺（CPAM），陰離子聚丙烯酰胺（APAM），兩性型聚丙烯酰胺（AmPAM）及非離子聚丙烯酰胺（NPAM）。丙烯酰胺的主要聚合工藝可分為水溶液聚合、分散聚合、懸浮聚合、反相乳液聚合和反相微乳液聚合，其聚合反應屬于自由基聚合，所用引發(fā)劑也有很多，如：氧化還原體系，過氧化物或偶氮化合物，也可以使用Co60的γ射線。

2.1陽離子型聚丙烯酰胺

李智利[1]等采用水溶液復合引發(fā)劑聚合法合成陽離子聚丙烯酰胺，即由AM、CMD、60%DMDAAC三種單體共聚，當CMD與60%DMDAAC體積比4∶3，且單體濃度為40%，復合引發(fā)劑（2%過硫酸銨、2%甲醛合次硫酸氫鈉和 2%偶氮化合物）為2mL，反應溫度為80℃時，聚合之后烘干、粉碎、過篩得到陽離子聚丙烯酰胺。且該絮凝劑與市售產品相比，溶解性更好，粘度更低，使用更加方便，絮凝效果與市售相比略好。

2.2陰離子型聚丙烯酰胺

董靈光[2]采用的氧化-還原引發(fā)體系確定了最佳聚合工藝條件：即EDTA 用量為0.03%，連二亞硫酸鈉（SHS）用量為0.02%，AA/AM比為1/6，體系pH值為6，反應時間約6h，可獲得粘均分子質量高達 1.9×107的陰離子型聚丙烯酰胺，而且聚合轉化率較高。

2.3兩性型聚丙烯酰胺

沈中[3]采用水分散聚合法合成兩性型聚丙烯酰胺，即選用聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDADMAC）為分散穩(wěn)定劑，在硫酸銨濃度為23wt%-29wt%溶液中，摩爾比DADMAC：AA：AM=1：1：2，pH在2到4之間時，可以制得穩(wěn)定的粒徑均一的兩性聚丙烯酰胺。在濃度是1.5wt%-2wt%的P（DADMAC）中絮凝效果最佳。

3 聚丙烯酰胺的應用

3.1陽離子型

CPAM被廣泛應用于水處理等絮凝沉淀領域。因為其具有正電荷密度高、水溶性好、高效無毒和價格低廉等特點。盧紅霞[4]等將其用于處理實驗污泥，得出結論：處理污泥時加入陽離子聚丙烯酰胺0.027%、其中該絮凝劑陽離子度為30%，絮凝效果較佳，上層清液透光率達99.6%，污泥脫水率達90.5%。在使用CPAM絮凝劑處理硫酸污水時，可以提高污水的沉降效果，改善污水懸浮物的排放質量。

3.2陰離子型

陰離子型聚丙烯酰胺，因為其可以通過其鏈段的架橋作用，分子鏈同時吸附于若干個污泥粒子上，將各個粒子結合起來成為大粒子，這樣污泥粒子就會加速沉降進而更容易固液分離，因此，在絮凝中有著一定的應用。張麗娟[5]制備陰離子型聚丙烯酰胺并用于赤泥沉降絮凝，得出結論：在高鋁硅比情況下沉降性能優(yōu)異，且因為其與赤泥表面鐵形成穩(wěn)定六元環(huán)配合物，APAM對赤泥沉降上清液澄清有較好作用。

3.3兩性型

兩性聚丙烯酰胺（AmPAM）在結構上與CPAM或者APAM相比有著較大的優(yōu)勢，因為AmPAM是水溶性高分子，兼具上述二者的性質，并在此基礎上還有“反聚電解質效應”，并且能相對CPAM和APAM來說能適應更廣的pH環(huán)境，這些特點是陽離子聚丙烯酰胺和陰離子聚丙烯酰胺所不具備的。劉中衛(wèi)[6]利用陰離子型聚丙烯酰胺進行曼尼奇反應，再對其進行季胺化，制備了兩性聚丙烯酰胺。所制的兩性聚丙烯酰胺在廣泛的pH值范圍內都具有很好的絮凝性能，而且沉降率很大，達到了90%以上。

3.4非離子型

在非離子聚丙烯酰胺中，活性基團往往是酰胺基（-CONH2-）該基團雖然不含離子，但是其氨基能夠與其他離子配位而起到吸附絮凝的作用。韓瑞[7]等研究了該絮凝劑的分子量及其用量對微細粒尾礦的沉降性能影響，得出以下結論：非離子型聚丙烯酰胺對微細粒尾礦的沉降是有利的，并且隨著絮凝劑分子量的增加，尾礦的沉降速度從0.53cm/min逐漸增加到2.61cm/min，壓縮區(qū)濃度有所減小，從42.82%降低至40.00%；非離子絮凝劑的分子量對沉降速度的影響大于對壓縮區(qū)濃度的影響。

4 結語

與無機絮凝劑相比，聚丙烯酰胺有著分子量大，吸附架橋能力強的特點，同時具有投加量少、絮凝效果顯著的優(yōu)勢。但其存在合成工藝復雜、殘留單體具有毒性等缺點。隨著國民環(huán)保意識的提高以及我國對環(huán)保工作重視程度的進一步加強，天然有機高分子絮凝劑的高效、廉價、低毒、無公害已有逐步成為目前主流高分子絮凝劑的發(fā)展趨勢。因此，今后研究將向絮凝劑的改良和研發(fā)新型絮凝劑等方面發(fā)展。

參考文獻

[1] [李智利，徐景峰.陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑的合成研究[J].當代化工，2015，44（11）：2599-2601.

[2] 董靈光.陰離子聚丙烯酰胺的合成[J].化學工程師，2011，25（07）：65-67.

[3] 沈忠. 水分散聚合法合成兩性聚丙烯酰胺的研究[D].安徽大學，2010.

[4] 盧紅霞，劉福勝，于世濤，王志萍.陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑的制備及其絮凝性能[J].化工環(huán)保，2007（04）：374-378.

[5] 張麗娟. 陰離子型聚丙烯酰胺絮凝劑的合成及其在赤泥分離中的應用[D].中南大學，2008.

[6] 劉中衛(wèi). 兩性聚丙烯酰胺的制備及其絮凝性能研究[D].北京化工大學，2008.

[7] 韓瑞，呂憲俊，李琳，朱成志.非離子絮凝劑對微細粒尾礦絮凝沉降的影響[J].中國礦業(yè)，2016，25（05）：97-101.

作者簡介：

周世嘉（1984-），男，遼寧省撫順市，遼寧大學畢業(yè)，碩士學位，工程師。主要從事環(huán)境科研、環(huán)境規(guī)劃工作。