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聚丙烯酰胺
聚丙烯酰胺
产品工艺设计
---刘爱楚
第一节基本介绍
聚丙烯酰胺(英文缩写为PAM),是丙烯酰胺单体(acrylamide,简称AM)及其衍生物在引发剂的作用下的均聚物的统称,是一种线形高分子聚合物,易溶于水,几乎不溶于苯、乙醚、脂类、丙酮等一般有机溶剂。
聚丙烯酰胺可用做助凝剂、驻留剂、污泥脱水剂以及凝聚沉降剂等,有“百业助剂”之称。
它能通过吸附污水中的悬浮的固体粒子,使粒子间架桥或通过电荷中的使粒子凝聚形成大的絮凝物,而得到分离、澄清的效果,进而提高作业效率,降低操作成本。
PAM在50~60℃下溶于水,水解度为5-35,也溶于乙酸、丙酸、氯乙酸、乙二醇、甘油、胺等有机溶剂。
PAM的溶解可在适度水解下进行.水解度越大越易溶解。
无色、无味、无嗅,没有腐蚀性。
在常温下比较稳定,高温、冰冻时易降解,并降低絮凝效果。
故其贮存与配置投加时,温度不得超过65℃,室内温度不得低于2℃。
聚丙烯酰胺为我公司的主要产品。
PAM分为干粉和胶体两种,
PAM结构可分为阴离子型、阳离子型,两性离子型和非离子型,.分子量为50万~2300万;
由于双键和酰胺基的作用,在聚合过程中,酰胺基的水解、酰化、溶剂化、缔合和生成烯醇都有可能发生。
链自由基的链转移产生支链,使PAM高分子结构中包含支链和亚胺桥为主的交联结构。
交联适度则分子量高且易溶解,交联多则产物不溶。
。
PAM分子中的酰胺基具有很高的活性,包括增稠、絮凝和降阻等多功能。
第二节聚丙烯酰胺的分类
一、阴离子聚丙烯酰胺
结构式:
产品特性:
(1)阴离子聚丙烯酰胺(APAM、HPAM)外观为白色粉粒,分子量从400万到2500万,水解度0~100%。
水溶解性好,能以任意比例溶解于水且不溶于有机溶剂。
其PH值范围为7到14,
(2).阴离子高分子絮凝剂主要用于处理以无机物固体为主的中性悬浮物。
通过高分子长链条把污水中的许多悬浮颗粒或油珠吸附后缠在一起而形成架桥,絮凝效果非常好,在油田、矿山、钢厂、造纸等领域广泛应用。
用作絮凝时,通常与铝盐配合使用。
(3)在城市和工业废水处理中,用于提高废水中悬浮固体、BOD和磷酸盐的去处效果。
在初级废水沉淀池中投加0.25mg/L水解聚丙烯酰胺,悬浮物和BOD的去除率则可分别提高至66﹪和23﹪;在二级废水处理沉淀池中加入0.3mg/L的阴离子絮凝剂,悬浮固体和BOD的去除率则可分别提高至87﹪和91﹪,而除磷效果由原来的35﹪提高至91﹪。
用途:
工业废水处理:
对于悬浮颗粒,浓度高、粒子带阳电荷,水的PH值为中性或碱性的污水,冶金、选矿、洗煤、电镀、铝加工、造纸、电厂用水、河沙砾洗涤等废水处理
饮用水处理:
我国很多自来水厂的水源来自江河,泥沙及矿物质含量高,比较浑浊,虽经过沉淀过滤,仍不能达到要求,需要投加絮凝剂,投加量是无机絮凝剂的1/50,但效果是无机絮凝剂的几倍。
食品级聚丙烯酰胺,要求残余单体很低。
对于有机物污染严重的江河水可采用无机絮凝剂和阳离子聚丙烯酰胺配合使用效果更好。
淀粉厂及酒精厂的流失淀粉酒糟的回收:
现在很多淀粉厂的废水内含淀粉很多,现投加阴离子聚丙烯酰胺,使淀粉微粒絮凝沉淀,然后将沉淀物经压滤机压滤变成饼状,可作饲料,酒精厂的酒精也可采用阴离子聚丙烯酰胺脱水,压滤进行回收。
油田:
在石油开采方面,聚丙烯酰胺可用作钻井泥浆的增稠剂、稳定剂和沉降絮凝剂;在三次采油中加入聚丙烯酰胺,可增加驱油能力,提高采收率;另外还可用作压裂液添加剂,缓速剂、水油比例控制剂、堵水剂等。
二、非离子聚丙烯酰胺
结构式:
产品形态:
非离子聚丙烯酰胺(NPAM)外观为白色粉粒。
分子量从400万到1200万。
产品性能
絮凝效果非常好,用于各类污水处理,其特点是:
其絮凝性能受废水PH值和盐类的影响小,絮体强度高于阴离子型絮凝剂,尤其在酸性废水处理中,效果忧于阴离子型。
在油田含油污水处理中,通常与无机絮凝剂配合使用。
产品用途:
污水处理剂:
当悬浮性污水显酸性时,采用非离子聚丙烯酰胺作絮凝剂较为合适.这是PAM起吸附架桥作用,使悬浮的粒子产生絮凝沉淀,达到净化污水的目的.
纺织工业助剂:
添加一些化学品配成化学浆料,用于纺织品上浆。
自来水的净化:
尤其是和无机絮凝剂配合使用,在水处理中效果最佳.纺织工业助剂:
添加一些化学品可配成化学资料,用于纺织品上浆.
三、阳离子聚丙烯酰胺
阳离子聚丙烯酰胺是丙烯酰胺与阳离子单体的共聚物。
由于阳离子单体品种繁多,所以阳离子聚丙烯酰胺的品种也比较多,下面列出两种常用的阳离子聚丙烯酰胺的结构式:
1、丙烯酰胺-丙烯酸硫酸氢二乙基二乙胺酯共聚物
2、丙烯酰胺-甲基丙烯酸-N-二甲基乙胺酯共聚物
产品特性:
阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)外观为白色粉粒,分子量从400万到1500万。
先进的聚合工艺共聚而成的一种线性高分子聚合物,具有溶解速度快、分子量分布窄,实际用量小等特点。
水溶解性好,能以任意比例溶解于水且不溶于有机溶剂。
有效的PH值范围为1到14,呈高聚合物电解质的特性,适用于带阴电荷及富含有机物的废水处理。
用途:
污泥脱水:
根据污性质可选用本产品的相应牌号,可有效在污泥进入压滤之前进行重力污泥脱水.脱水时,产生絮团大,不粘滤布,在压滤时不流散,用量少,脱水效率高,泥饼含水率在80%以下.
污水和有机废水的处理:
本产品在酸性或碱性介质中均呈现阳电性,这样对污水中悬浮颗粒带阴电荷的污水进行絮凝沉淀,澄清是极为有效的,如酒精厂废水,啤酒厂废水,味精厂废水,制糖厂废水,肉食品厂废水,饮料厂废水,纺织印染厂的废水等,用阳离子聚丙烯酰胺要比用阴离子聚丙烯酰胺、非离子聚丙烯酰胺或无机盐效果要高数倍或数十倍,因为这类废水普遍带有阴电荷.
自来水厂水处理絮凝剂:
该产品具有用量少,效果好,成本低等特点,告别是和无机絮凝剂复配使用效果更好。
四、两性离子聚丙烯酰胺
结构式:
产品形态:
两性离子聚丙烯酰胺(ACPAM)外观为白色粉粒。
产品特点:
两性离子聚丙烯酰胺因分子内含阳离子基和阴离子基,它具备了一般阳离子絮凝剂的使用特点外,表现了更优异的性能。
此类絮凝剂可在大范围的PH值内使用,具有更高的滤水量,较底的滤饼含水率,也可用于强酸浸提矿石或从含金属的酸性催化剂中回收有价值的金属。
两性离子型绝非阴离子型、阳离子型的混合。
如果把阳离子聚丙烯酰胺与阴离子聚丙烯酰胺配合使用则会发生反应产生沉淀。
所以两性离子产品最为理想。
主要用途:
油田调剖堵水剂、与交联剂、稳定剂、促凝剂联合作用,生成具有重要聚合凝胶和树脂凝胶的高强凝剂胶堵水剂。
它通过附、物理堵塞等作用堵塞地层孔隙和裂缝,调整比例,可控制凝胶时间,以适应不同地质清况。
各种油污,有机、无机、污水、复杂污水的处理。
在PH变化不定的污水系统中。
用于污泥脱水。
用于造纸助剂。
第三节产品特性与指标
一、产品特性
①凝絮性:
PAM能使悬浮物质通过电中和、架桥吸附作用,起絮凝作用。
②粘和性:
能通过机械的、物理的、化学的作用,起粘和作用。
③降阻性:
PAM能有效地降低流体的摩擦阻力,水中加入微量PAM就能降阻50~80%。
④增稠性:
PAM在中性和酸性条件小均有增稠作用,当pH值在10以上PAM易水解,呈半网状结构时,增稠将更加明显。
二、技术指标
①分子量
PAM的分子量很高,且近年来还有较大提高。
20世纪70年代应用的PAM,分子量一般为数百万;80年代以后,多数高效PAM的分子量在1500万以上,有些达到2000万。
每一个这种PAM分子是由十万个以上的丙烯酰胺或丙烯酸钠分子聚合而成(丙烯酰胺的分子量为71,含十万个单体的PAM的分子量为710万)。
通常,分子量高的PAM的絮凝性能较好,丙烯酰胺的分子量为71,含十万个单体的PAM的分子量为710万。
聚丙烯酰胺及其衍生物的分子量从几十万到一千万以上,根据分子质量可分为低分子量(100万以下)、中分子量(100万~1000万)、高分子量(1000万~1500万)、超分子量(1500万以上)。
高分子有机物的分子量,即使在同一产品中也不是完全均一的,标称的分子量是它的平均值。
②水解度与离子度
PAM的离子度对它的使用效果有很大影响,但它的适宜数值需视所处理的物料的种类和性质而定,不同情况下会有不同的最佳值。
如果所处理的物料的离子强度较高(含无机物较多),所用PAM的离子度宜较高,反之则应较低。
通常,阴离子度被称为水解度。
而离子度一般特指阳离子。
离子度=n/(m+n)*100%
早期生产的PAM是由丙烯酰胺一种单体聚合而成,原来不含-COONa基团。
使用前要先加NaOH加热,使部分-CONH2基水解为-COONa,反应式如下:
-CONH2+NaOH-→-COONa+NH3↑
水解过程中有氨气放出。
PAM中酰胺基团水解的比例就称为PAM的水解度,它即是阴离子度。
这种PAM的使用不方便,且性能较差(加热水解必使PAM分子量和性能明显下降),80年代后已很少使用。
现代生产的PAM有多种不同阴离子度的产品,用户可根据需要和通过实际试验选用适当的品种,不需要再行水解,溶解以后即可使用。
但是,由于习惯的原因,有些人仍将絮凝剂的溶解过程称为水解。
应当注意,水解的含义是加水分解,是化学反应,PAM的水解有氨气放出;而溶解只是物理作用,无化学反应。
两者的本质不同,不应混为一谈。
③残余单体含量
PAM的残余单体含量是指在丙烯酰胺聚合为聚丙烯酰胺过程中,未反应完全并最终残留于聚丙烯酰胺产品中的丙烯酰胺单体含量,是衡量是否适用于食品工业的重要参数。
聚丙烯酰胺是无毒的,但丙烯酰胺具有一定的毒性。
在工业品聚丙烯酰胺中,难免残留有微量的未聚合的丙烯酰胺单体。
因此,必须严格控制PAM产品中的残余单体含量。
国际规定用于饮用水和食品工业的PAM中的残余单体含量不超过0.05%。
国外著名产品的这一数值低于0.03%。
④粘度
PAM溶液是很粘稠的。
分子量越高的PAM的溶液粘度越大。
这是因为PAM大分子是长而细的链状体,在溶液中运动的阻力很大。
粘度的实质是反映溶液内磨擦力的大小,亦称为内磨擦系数。
各种高分子有机物的溶液的粘度都较高,并随分子量升高而增大。
测定高分子有机物分子量的一种方法,就是测定一定浓度溶液在一定条件下的粘度,再按一定的公式计算其分子量,称为“粘均分子量”。
PAM溶液的特性粘度[η]与其分子量M之间有如下的指数函数关系:
[η]=3.73×104×M0.66
实践经验证明,PAM的絮凝性能与它的溶液粘度有直接的关系,粘度高者性能较好;如果它的粘度受到某些因素的影响而降低,其絮凝性能必然下降。
PAM溶液的粘度要用专门的仪器测定。
根据经验,还可以用两种简易的方法来观察。
①将玻璃棒放入PAM溶液中稍为搅拌后轻轻拉起,观察玻璃棒末端形成的粘液丝的长度。
浓度0.05~0.1%的PAM溶液,良好者能形成10~15cm或更长的外观如蜘蛛丝的细丝,可随空气飘动;而较差者形成的丝很短,甚至不能成丝。
②用小瓶装PAM溶液,将瓶倾侧使溶液缓慢流下,然后暂停倾泻,观察液流末端形成的粘液丝的状态。
良好的PAM溶液能形成很长的细丝。
用这种观察方法还可以看到PAM的溶解是否已完全和均匀一致。
未完全均一化的溶液,在倾泻流出时可明显看到液流忽粗忽细,或有珠状或纺锤形的流出物。
这种未完全分散均匀的PAM溶液的使用效果不好,容易粘附在滤布或设备的表面上,产生副作用。
型号
外观
含固量%
分子量(万)
离子度%
阳离子型
白色颗粒
>90
50-1500
25-50
阴离子型
白色颗粒
>90
400-2500
/
非离子型
白色颗粒
>90
400-1200
/
三、包装、储运
(1)产品有吸潮性,不宜露空,吸潮后结块,应避免日晒雨淋;
(2)产品储存期为两年。
四、使用时注意事项
①配制高分子凝集剂水溶液时在搪瓷、镀锌、铝制或塑料桶内进行为佳;
②溶解时应注意将产品均匀地慢慢加入带搅拌,应避免结大团块;溶液适宜在室温下配制并应避免长时间过剧的机械剪切,以免降低使用效果;
③溶液一般即配即用,尽量避免隔天使用(最多不要超过三天)。
五、药品使用说明
①由于阴、非离子分子量较高,粘度较强,故阴离子配比浓度标准为0.1%(可以依据污水浊度适当调整浓度。
浊度高,浓度降低;浊度低,一般可以提高其药量,但不改变其浓度为佳);
②阳离子较阴离子分子量偏低,因而粘度也较阴离子弱,故阳离子配比浓度标准定为0.2%(同样可以依据污水浊度适当调整浓度)。
第四节发展概况
1893年Moureu用丙烯酰氯与氨在低温下反应制得PAM,并于1954年由美国首先实现了工业化生产。
采用的是丙烯腈硫酸水解法,使丙烯睛在100ºC下水解成丙烯酰胺硫酸盐,中和得丙烯酰胺,均聚得PAM。
70年代以后,发展了以骨架铜为催化剂的丙烯腈催化水合法,采用的是第二代工艺技术。
催化剂为Al/Cu合金,在反应温度100℃,压力294~588KPa下使丙烯腈选择性地转化成丙烯酰胺。
第三代工艺技术为微生物工程法。
自1985年日本在法国发现一种能催化腈水解的微生物--红球菌酶基础上,首先建成世界上第一座微生物法丙烯酰胺工业化装置。
由于该法在工艺上可省去丙烯腈回收、铜分离等工序,可以在常温常压下完成,副产物为零,所以大大缩短了工序并减少了投资。
因此具有能耗小、成本低、工艺简单、"三废"污染少的优势。
昌九生化是国内最早拥有该技术的单位,被列入了国家"九五"重点项目。
我国的PAM的开发起步较晚,1962年上海天原化工厂建成第一套聚丙烯酰胺生产装置,生产水溶胶产品。
初期生产规模小,品种少。
20世纪90年代之前国内因技术、市场等原因我国聚丙烯酰胺产量和消费量一直相对稳定,后随着石油行业的大量推广应用,推动了聚丙烯酰胺产能和产量的不断增加。
2002年我国聚丙烯酰胺的生产能力和产量分别为20万吨/年和15万吨;2006年生产能力和产量分别增加到50万吨/年和32万吨。
我国聚丙烯酰胺主要用于石油开采、水处理和造纸领域,另外在纺织、冶金制糖、医药等领域也有应用。
2006年聚丙烯酰胺的表观消费量约为31.87万吨。
其中,石油开采领域对聚丙烯酰胺的消费量约占总消费量的78.5%、水处理领域约占11%、造纸领域约占7.8%、纺织等其他领域约占2.7%。
2004年全球约37%的PAM用于给排水处理,27%用于石油工业,18%用于纸浆和造纸工业。
PAM还可用于食品业、农业灌溉等。
尽管我国聚丙烯酰胺的产量很大,但是造纸用聚丙烯酰胺的质量并不能达到国内造纸厂的要求,因此每年国内的造纸厂都需要从台湾、日本等国家和地区进口大量的聚丙烯酰胺。
随着纸和纸板产量的不断增加,聚丙烯酰胺的进口量呈逐年上升趋势,2002-2006年我国聚丙烯酰胺进口量年均增长率约为15%,2006年进口量达2.62万吨。
但随着日本的荒川化学工业公司、精工PMC公司、播磨化学公司在中国加大对聚丙烯酰胺生产的投资,预计未来造纸用聚丙烯酰胺的进口将减少,2010年我国聚丙烯酰胺的进口量将约为2万吨。
我国聚丙烯酰胺出口到南非、美国、澳大利亚等70多个国家和地区。
随着聚丙烯酰胺产量的快速增长,出口量呈逐年递增的趋势,2002-2006年我国聚丙烯酰胺出口量年均增长率约为13%,2006年出口量达2.75万吨。
预计未来我国聚丙烯酰胺的出口量还将继续增加,2010年将约为3.8万吨。
到2010年全球需求增长率预计达到5.4%/年,拉丁美洲、亚洲、中东和亚太地区的需求增长最快。
拉丁美洲为6%/年,亚洲、中东为6.3%/年,亚太地区为9.1%/年。
在石油开采方面,由于我国早期开采的油田逐步老龄化,目前大庆油田和胜利油田已大规模使用聚丙烯酰胺,2006年我国石油开采领域消费聚丙烯酰胺约25万吨。
预计未来将有更多的油田开始大量使用聚丙烯酰胺,2006-2010年该领域对聚丙烯酰胺的需求量将以5%左右的速度增加,到2010年需求量将达到约30.7万吨。
聚丙烯酰胺在水处理中用作絮凝剂,主要包括在原水处理时与活性炭等配合使用,用于生活水中悬浮颗粒的凝聚、澄清;在污水处理中用作污泥脱水;在工业水处理中用作一种重要的配方药剂。
目前许多大中城市在供水紧张或水质较差时,都采用聚丙烯酰胺絮凝剂作为补充。
在污水处理中,聚丙烯酰胺已成为絮凝剂的主要品种。
2006年我国水处理领域消费聚丙烯酰胺约3.5万吨。
随着我国水污染治理工程建设的加快,今后聚丙烯酰胺的消费将持续增加,预计到2010年该领域对聚丙烯酰胺的需求量将达到约4.8万吨。
聚丙烯酰胺在造纸工业中主要用作驻留剂,其中阳离子型聚丙烯酰胺驻留效果最好。
我国是纸张生产和消费大国,2006年纸和纸板产量达6500万吨,对聚丙烯酰胺的消费量约为2.5万吨。
预计到2010年我国造纸能力将达到9400万吨/年,该领域对聚丙烯酰胺的需求量将达到约4万吨。
其他领域,聚丙烯酰胺可用于在纺织、采矿、建筑等方面,2006年这些领域共消费聚丙烯酰胺约0.87万吨,预计到2010年对聚丙烯酰胺的需求量将达到1万吨。
综上所述,2010年我国对聚丙烯酰胺的总需求量将达到40万吨左右。
目前我国已能生产非离子、水解聚丙烯酰胺,水溶液状阳离子聚丙烯酰胺,粉状阳离子聚丙烯酰胺,淀粉改性阳离子聚丙烯酰胺,磺甲基聚丙烯酰胺,亚甲基聚丙烯酰胺,胺基聚丙烯酰胺,羟甲基聚丙烯酰胺,胺甲基聚丙烯酰胺,水解聚丙烯酰胺等,并按照水溶液,干粉、乳剂等型不同,分子量不同及离子度不同分为许多种牌号。
近年来国内PAM发展较快,大小生产厂已近百家。
第五节聚丙烯酰胺的生产
一、化学反应:
聚丙烯酰胺的生产包括两个过程:
丙烯腈水解为丙烯酰胺和丙烯酰胺聚合为聚丙烯酰胺,它主要包括以下两个有机化学反应:
二、生产工艺
(1)水解过程
丙烯晴的水解过程,在聚丙烯酰胺的具体生产过程中,先后采用过三种催化剂。
丙稀酰胺是以丙烯腈为原料于水相中在催化剂的作用下水合反应而成的。
从60年代的硫酸水合法到70年代骨架铜为催化剂的催化水合法,前者因为产品纯度低、收效低、产生大量的还硫酸盐和废液,所以已被淘汰。
后者则因为需要高温高压,一次转化率低,以及一些铜离子齐聚物的存在而影响产品质量。
而在80年代开发的利用生物酶做催化剂的微生物催化法,不仅具有高活性、高选择性、高收率、低耗能、低成本、丙稀腈反应完全、无齐聚物等副产物的优点,而且可以在常温常压下进行,减少三废产生。
采用骨架铜作为催化剂,由丙烯腈水解丙烯酰胺,转化率仅为97%~98%,由化学法合成的丙烯酰胺聚合生成的聚丙烯酰胺分子质量很难超过1200万,而采用生物法即采用丙烯腈水合酶催化合成,其转化率达99.9%以上,比化学法成本低10%以上,聚合生成聚丙烯酰胺分子质量可达2000万以上。
生化催化法原理极为简单,选用红球菌酶为酶种,生化催化剂是浮液,为间歇操作,在30℃,101.3kPa下进行,合成丙烯酰胺水溶液浓度为6%-35%,反应l~5h。
经滤去催化剂,可直接用于聚合。
生产lt丙烯酰胺需丙烯腈750kg、催化剂1kg。
反应在水溶液内进行,丙烯酰胺溶液不含杂质。
(2)聚合过程
聚合反应是指在丙烯酰胺通过引发剂引发与辐射引发的情况下进行聚合。
聚合方法有:
水溶液聚合、有机溶剂聚合、乳液聚合、悬浮液聚合及本体聚合等,使丙烯酰胺均聚。
聚合过程包括活性中心的形成、链的增长和链的终止。
1、引发剂过硫酸钾(盐)、亚硫酸钠等。
2、活性中心的形成
引发剂活性集团(带电引发离子)的形成:
带电引发离子与丙烯酰胺作用生成活性中心:
3、链的增长
4、链的终止
1)重合反应
2)歧化反应
3)活性链与引发剂的游离基碰撞
4)链的转移,形成高分子的歧化或交联
)
5、影响聚合反应的主要因素
1)温度
化学反应速度与温度成正比。
温度越高,反应速度越快,热分解增加引发剂带电离子。
反应极限:
60℃。
降温方式:
通入氮气,驱赶氧气
2)引发剂浓度
当聚合反应平衡以后,活性中心产生的速度等于链终止的速度。
如果反应速度太快,会导致分子量过低或形成网状结构
3)单体浓度
单体浓度过高会影响分子之间的接触,以至总反应速度降低。
6、干燥方法
1)聚合胶体干燥法
2)溶液萃取干燥法:
甲醇、丙酮
3)聚合产品加入热稳定剂干燥法金属盐、尿素、硫脲、平平加
4)乳液干燥法:
单体溶解于乳液后进行聚合,最后蒸馏去除溶剂
三、阴离子聚丙烯酰胺的生产
1)共聚法:
单体与丙烯酸混合后聚合。
2)后水解法:
中浓度中加入氢氧化钠、碳酸钠溶液水解后干燥。
水解度最高70%。
3)碱存在的前提下进行聚合。
水解度最高55%。
四、阳离子聚丙烯酰胺的生产
甲醛、二乙胺硫酸盐
五、生产设备
第六节聚丙烯酰胺的絮凝机理和应用范围
一、絮凝机理
PAM产生絮凝作用是基于它的两种特点:
长链(线)状的分子结构和分子中含有大量
活性基团。
PAM是直链状聚合物,因每个分子是由十万个以上的单体聚合构成,分子链相当长。
它如果完全伸直,其长度要比一般的分子(如蔗糖)或离子(如Ca2+)长数万倍以上。
由于它的分子长而细,会弯曲或卷曲成不规则的曲线形状。
这个长分子链向外侧伸出许多化学活性基团:
酰胺基-CONH2及羧基-COOˉ。
酰胺基是非离子性基团,但亦善于形成副价键而与其它物质的活性基团吸附并连结起来。
单纯的聚丙烯酰胺可以用在一般的水处理中,使水中的悬浮物絮凝。
羧基是负电性基团,它是使溶液中微粒絮凝的关键因素。
因为溶液中微粒的絮凝主要通过带点离子的架桥作用产生。
由于PAM分子长而细并有许多化学活性基团,它们能和沉淀微粒产生很多连接而形成较大的絮凝物,这些絮凝物的结构就象棉絮那样,松散、无定形,互相连结但不很稳固,内部有很多空间和很多微细的网络,包藏着大量液体,因而絮凝物的比重颇接近它所存在的液体本身。
絮凝物中还网络了各种各样的微粒,这就将各种不同成分、不同性质、不同大小的微粒集合在一起。
因此,良好的絮凝剂处理能将溶液中原有的微粒完全网络除去,使溶液显得特别清亮透明和有光泽。
由于絮凝物的尺寸较大,它的沉降和过滤都比较快。
絮凝剂与微粒的作用就是通过化学吸附和物理网络这两种形式产生的。
根据上述机理可知,分子量较高、分子较长的PAM,能吸附较多的微粒,形成网络的能力较强,故絮凝效能较好。
同理,PAM分子中羧基的比例适当也很重要;但如果羧基含量太多,PAM分子本身负电过强,本身分子之间的相斥力过大,也不利于絮凝作用。
二、使用范围
PAM具有优良的选择性和适应性,是当今世界上获得快速发展的高科技精细化工产品,广泛用于油田注水增调剂、钻井低固相不分散泥浆絮凝剂、土壤改良剂、纺织浆料、纸张增强剂、土壤稳定剂、纤维糊料、树脂加工助剂、分散剂,以及用于助沉、洗煤、污水处理、铀矿沥取、石油钻井等。
PAM作为新型高分子材料,其应用和开发进展很快.已经取得令人瞩目的成果。
1、油田
自1964年帕依(rye)和桑迪福德提出了在生水中加人少量PAM能降低水的流度后,这种方法在油田中应用已有40多年历史。
使PAM和甲醛、亚硫酸氢钠等水溶液.在相应温度下反应,可生成带磺甲基的产物。
实验表明,在PAM链上引入磺酸盐可改善热稳定性、耐剪切性和低吸附性,使高分子的亲水性和抗盐性大有提高,并提高了产物的耐高价离子污染的能力。
PAM作为一种多功能添加剂.在钻井工艺中用于泥浆的增调剂、稳定剂和沉降絮凝制以改进泥浆的流变性;能改进悬浮颗粒的大小,提高悬浮力,加速原油的过滤、分离。
作为土壤
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