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“百業助劑”之稱的聚丙烯酰胺（PAM）是一個仍在快速發展的系列產品，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異，且因為其與赤泥表面鐵形成穩定六元環配合物，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[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。隨著國民環保意識的提高以及我國對環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展趨勢。因此，今后研究將向絮凝劑的改良和研發新型絮凝劑等方面發展。

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. 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，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，碩士學位，工程師。主要從事環境科研、環境規劃工作。