聚丙烯酰胺的改性及在廢水處理中的應(yīng)用研究

王志強(qiáng)

摘 要：改性聚丙烯酰胺具有良好的絮凝性、水溶性與吸附性，在廢水處理中發(fā)揮了極為重要的作用。本文將對(duì)聚丙烯酰胺的改性及在廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)分析與探討，希望能起到拋磚引玉的作用。

關(guān)鍵詞：聚丙烯酰胺；改性；廢水處理；應(yīng)用

隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展以及人口的不斷增多，工業(yè)廢水以及生活污水的類型與數(shù)量也在急劇上升，水質(zhì)復(fù)雜程度更高。同時(shí)，人們也逐步提高了對(duì)水環(huán)境的要求，而這無疑給水處理提供了更高的要求。當(dāng)前，國(guó)際上不斷致力于污水處理方面的研究，且研發(fā)了許多水處理工藝，例如污水生態(tài)處理技術(shù)、電滲析法、化學(xué)氧化法、吸附法、例子交換法、生化法、絮凝沉淀法等。其中絮凝沉淀方法在處理污水時(shí)具有高效、便捷的特點(diǎn)，所以獲得了廣泛的應(yīng)用。一般較為常見的絮凝劑大部分都是有機(jī)與無機(jī)高分子絮凝劑。其中無機(jī)高分子其雖然價(jià)格不高，不過其需要投入大量物料，所以實(shí)際生產(chǎn)的廢渣也較多。而有機(jī)高分子絮凝劑大多數(shù)都是水溶性聚合物，分子質(zhì)量較大，根據(jù)其實(shí)際電荷不同可以劃分成非離子型、陰離子型、陽離子型以及兩性絮凝劑。在諸多有機(jī)高分子絮凝劑中有數(shù)聚丙烯酰胺其水溶性出眾，但是因?yàn)槠浞肿渔溕系膫?cè)基是非?；顫姷孽０坊淠軌虺霈F(xiàn)諸多化學(xué)反應(yīng)，所以對(duì)其進(jìn)行改性尤為重要。

一、聚丙烯酰胺陰離子化

聚丙烯酰胺作為一種絮凝劑在污水與泥漿處理等工作中獲得了普及，但是陰離子聚丙烯酰胺（APAM）的價(jià)格只是陽離子（CPAM）的一般，將其用到堿性泥漿脫水，具有極為顯著的效果。在聚丙烯酰胺智聯(lián)上使用部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）能夠?qū)⒘u基負(fù)離子引入，從而將聚丙烯酰的部分性質(zhì)進(jìn)行改變。例如，HPAM的水溶液其形態(tài)結(jié)構(gòu)較為特殊，且粘度較高，所以其增粘性與水溶性較佳，不過其也抗剪切、抗鹽以及耐溫性能較差。國(guó)際上諸多學(xué)者為了克服其所存在的缺陷開展有關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)聚丙烯酰胺分子中的-CONH2基團(tuán)能夠發(fā)生多類反應(yīng)，其中將羥甲基引入羥甲基化學(xué)反應(yīng)中容易生成分子間氫鍵，通過和小分子產(chǎn)生脫水交聯(lián)以及縮醛反應(yīng)來將上述缺點(diǎn)克服，從而將其有效的應(yīng)用到生產(chǎn)和生活當(dāng)中。

劉光暢等利用共聚合反應(yīng)來生成羥甲基化改性聚丙烯酰胺，且將其應(yīng)用到工業(yè)廢水處理試驗(yàn)當(dāng)中。試驗(yàn)結(jié)果顯示，相較于統(tǒng)一聚合條件下的均聚PAM，經(jīng)過共聚合成的部分羥甲基化 PAM，其絮凝能力更強(qiáng)，且能夠在更短時(shí)間內(nèi)形成絮團(tuán)。與化學(xué)沉淀相結(jié)合用來對(duì)工業(yè)廢水處理過程中能夠在PH較低的情況下，將重金屬離子，如Pb2+、Cd2+等有效去除。

二、聚丙烯酰胺陽離子化

陽離子聚丙烯酰胺屬于一種新型的高效有機(jī)高分子絮凝劑，其能夠?qū)λ袔ж?fù)電荷的微粒進(jìn)行吸附架橋以及中和電荷的作用，且其強(qiáng)化姑爺分離過程、脫色與除濁的效果非常顯著。不僅如此，該物質(zhì)其具有絮體沉降速度快、投藥量不大、受共存鹽影響較小、PH值適用范圍廣等特點(diǎn)，所以越來越多的被應(yīng)用到污水處理當(dāng)中。

彭浩等在泥沙含固量為50%的強(qiáng)酸性土壤清洗廢水中應(yīng)用陽離子聚丙烯酰胺來開展絮凝沉淀處理。而處理結(jié)果顯示：陽離子聚丙烯酰胺在強(qiáng)酸性環(huán)境下其絮凝性能依舊高效與穩(wěn)定，當(dāng)相對(duì)用量13mg/L、離子度在30%、分子質(zhì)量為1400萬時(shí)，該物質(zhì)依舊能夠呈現(xiàn)出極為顯著的絮凝性能，可以在60min內(nèi)降低泥沙含固量到6%。

三、單體丙烯酰胺（AM）與具有特定基團(tuán)的其它單體共聚

（一）纖維素-丙烯酰胺的接枝共聚

大部分情況下都是由植物經(jīng)過光合作用來合成纖維素，其是自然界中一種可再生資源。在國(guó)際經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展背景下，對(duì)煤炭、石油的需求不斷增多，人們也越來越重視環(huán)境質(zhì)量問題，纖維素作為可持續(xù)發(fā)展的再生資源逐步受到了人們的關(guān)注?；诶w維素為多羥基葡萄糖聚合物，其不但不會(huì)污染環(huán)境、能夠進(jìn)行生物降解，而且來源較廣，材料價(jià)格不高，所以相關(guān)科研人員也逐步青睞與研究纖維素及其衍生物，在未來研究方向中一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容必定是通過改性研究來把改性產(chǎn)物運(yùn)用到更多的領(lǐng)域當(dāng)中。

楊芳等基于丙烯酰胺為基礎(chǔ)利用纖維素來作為接枝化合物來開展纖維素-丙烯酰胺接枝共聚反應(yīng)，經(jīng)過正交試驗(yàn)將其共聚反應(yīng)的最優(yōu)合成條件進(jìn)行明確，實(shí)際生成的CMC - AM 接枝聚合物，能夠大幅提高了產(chǎn)品分子量，讓其平均分子量達(dá)到7.5X106。通過改性后的纖維素-丙烯酰胺在眾多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中都得到了運(yùn)用與普及。

劉志宏等采取羧甲基纖維素當(dāng)做原材料，在催化劑與引發(fā)劑影響下，其鞥能夠和丙烯酸開展接枝工具反應(yīng)獲得改性的天然有機(jī)高分子絮凝劑，在造紙廢水中應(yīng)用該種物質(zhì)，能夠基本去除廢水濁度，其中去除濁度高達(dá)97.8%，去除COD可達(dá)80.8%。

（二）淀粉-丙烯酰胺接枝共聚

作為天然高分子中一種主要物質(zhì)，淀粉不僅價(jià)格便宜無毒，并且有著極其廣的來源。隨著我們對(duì)天然高分子改性研究日漸深入，淀粉這一物質(zhì)所受重視程度不斷加深，其中它和丙烯酰胺接枝共聚便是其中一項(xiàng)重要研究。由實(shí)際情況來看，天然淀粉處于低溫條件中時(shí)其應(yīng)用情況往往會(huì)因?yàn)闈B透性與水分散性較弱而大打折扣。而淀粉-丙烯酰胺接枝共聚能夠憑借著接枝技術(shù)使得一些具有優(yōu)良性能的基團(tuán)得以被引入到淀粉鏈中，這樣一來便可以有效地提升其綜合性能情況下大大提升應(yīng)用范圍。簡(jiǎn)單點(diǎn)說，淀粉-丙烯酰胺接枝共聚是在技術(shù)作用下促使淀粉鏈成為氧化還原區(qū)域，然后誘使丙烯酸酯這些烯類單體與其完成接枝工聚。根據(jù)筆者對(duì)淀粉-丙烯酰胺接枝共聚研究可知，得益于接枝共聚它不但兼具了合成與天然兩種高分子的優(yōu)點(diǎn)，并且其絮凝性能也有了很大地提升，同時(shí)在應(yīng)用上價(jià)格低廉、用量較少、適用程度廣以及不存在二次污染等這些優(yōu)點(diǎn)。

趙彥生等將硝酸鈰銨作為引發(fā)劑，把丙烯酰胺和玉米淀粉進(jìn)行接枝工具，且將二甲胺與甲醛添加其中來進(jìn)行陽離子化，從而獲得陽離子淀粉絮凝劑。在印染所產(chǎn)生的的廢水中運(yùn)用該類絮凝劑其處理效果較為明顯。

（三）殼聚糖-丙烯酰胺的接枝共聚

天然高分子絮凝劑憑借其無毒、來源廣等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛光柱，還有些人將其比喻為“21 世紀(jì)的綠色絮凝劑材料”。而在天然高分子材料當(dāng)中，殼聚糖的性能無疑是最優(yōu)異的一個(gè)。通過脫乙?；幚砑讱に睾螳@得一種由4糖苷鍵與β-1連接而成的直鏈高分子多糖化合物，這就是殼聚糖，由于殼聚糖中含有氨基、羥基和部分N - 乙酰氨基等極性基團(tuán)，其能夠發(fā)生氧化、磺化、羥甲基化、乙?；约八獾确磻?yīng)，不過殼聚糖同樣具有架橋能力低、分子量小、水溶性不佳等問題。當(dāng)前，在對(duì)其該改性過程中，往往是運(yùn)用其分子鏈上活性的-OH與-NH2來完成，以實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用范圍的擴(kuò)寬。

四、結(jié)束語

在環(huán)境污染越來越嚴(yán)重的今天，污水處理問題也成為了一個(gè)迫切需要解決的問題。 不過隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)模的不斷擴(kuò)大，排放量急劇增加，污水成分也越來越復(fù)雜，這無疑對(duì)污水處理提出了一個(gè)更高的要求。而聚丙烯酰胺改性產(chǎn)為絮凝劑作為一個(gè)低能耗、高效的污水處理方式逐步受到人們的認(rèn)可與青睞，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中還存在較大發(fā)展空間，這就要求相關(guān)工作人員能夠深入研究聚丙烯酰胺改性產(chǎn)物，切實(shí)提升我國(guó)污水處理效率與質(zhì)量。

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