聚丙烯酰胺是一种水溶性聚合物，作为合成高分子絮凝剂广泛应用， 同时根据所要处理的污水类型的不同，又发展了一系列带有不同电荷的离子型、非离子型、两性的聚丙烯酰胺，其中阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）由于其适用范围广，受共存盐影响小，对水中带有负电荷的微粒能起到“电荷中和”及“吸附架桥”作用而有效地絮凝、脱色，并能强化固液分离过程等优点，而广泛用于石油开采、造纸、冶金、采矿、纺织印染、国防、日用化工、水处理等领域，在城镇饮用水、工业用水、工业废水和城市污水净化处理中使用阳离子聚丙烯酰胺成为一种趋势。
常见合成阳离子聚丙烯酰胺的方法主要有通过曼尼希反应进行改性和共聚。通过改性的方法制备的聚合物，虽能获得高相对分子质量的阳离子聚丙烯酰胺，但聚合物存在着稳定性差，有效期短，价格高等缺点。共聚法大多采用水溶液或反相乳液自由基聚合制备，所用设备少，生产工艺简单，容易获得不同的相对分子质量。
近年来一种新的聚合方法—— 聚丙烯酰胺的分散聚合越来越得到关注，该种阳离子聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺单体（AM）与带有双键的季铵盐共聚所形成的共聚物，在水溶液状态，形成具有一定的正电性即阳离子性的一类聚合物，由于其独特的侧链结构和带有高密度的电荷，可以更有效地使体系中的微粒脱稳絮凝沉降，采用该聚合方法得到的阳离子型聚丙烯酰胺具有流动性好，无毒环保，稳定性好，溶解速度快多种优点，是对污水处理有优良效果的阳离子型高分子絮凝剂，因此这种聚合方法已引起国内外学者极大重视。
1 阳离子聚丙烯酰胺分散聚合的研究进展
分散聚合最初是由英国ICI公司研究者在20世纪70年代提出来的一种新聚合方法，分散聚合的目的是要在烃类溶剂中直接制备稳定的聚合物粒子，用来代替把聚合物分散成稳定乳胶的技术，严格地说分散聚合是一种特殊的沉淀聚合。相比于其它聚合方法，分散聚合既具有乳液聚合反应速度快、相对分子质量大的特点，又具有溶液聚合工艺简单、操作方便的优势。所得聚合产物溶解速度快，无块状、颗粒状不溶物，使用时不需要庞大的溶解设备，可以在管道中直接注入，便于自动化操作和准确计量，节省人力。使用时无有害的有机溶剂，杜绝对环境的二次污染。此技术彻底克服了传统产品和工艺存在的诸多问题，有利于环境保护和节约能源，能合理地解决散热问题，可适用于各种单体，且能制备不同粒径的单分散性聚合物微球。
丙烯酰胺的分散聚合研究始于20世纪八九十年代。美国专利US No.4380600中提出了一种水包水型阳离子乳液的合成方法，在单体的水溶液中加入了一种水溶性有机聚合体，并在聚合反应之前或之后加入无机盐。欧洲专利EP No．262945 中将丙烯酰胺溶于一种水溶性阳离子单体（如二甲基二丙烯基氯化铵），并分阶段引发合成阳离子聚丙烯酰胺。接下来更深入的研究便处在分散稳定剂的合成工艺过程中，由于这类聚合物必须不溶于盐水体系并且可以在其中稳定的分散，所以对分散稳定剂的种类要求较严格，美国专利US No．4929655 和5006590中提出了一些方法合成水溶性的带有阳离子电荷（二甲基苄基铵）的分散稳定剂，但缺点是稳定剂中含有一定量的疏水性阳离子单体。
Chom.S等研究了在硫酸铵（AS）水溶液中AM的分散聚合，使用聚丙烯酰乙氧基三甲基氯化铵（PAOTAC）作稳定剂，2，2－偶氮二（2－甲基－3－戊酮脒）二氢氯化物（AIBA）作引发剂。发现单体质量分数为5％～10％，分散剂质量分数为0.6％～ 1.8％，引发剂浓度为0.92×104 ～ 1.84×104mol／L，AS 质量分数为24％～30％，可得到2～4μm的均匀稳定的聚合物，聚合物的相对分子质量随稳定剂和引发剂的浓度增加而减小，而盐浓度对聚合物的相对分子质量、粒径的影响都不大。
韩磊等采用甲醇－水为分散介质，PVP 为稳定剂，过硫酸钾（KPS）为引发剂，用分散聚合法制备了聚丙烯酰胺水包水乳液。王进等采用复合引发体系，使丙烯酰胺与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）共聚合，得到相对分子质量达700万的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，并将其用于麦草浆的助留助滤试验，获得良好效果。孙艳霞等以丙烯酰胺和丙烯酰氧基三甲基氯化铵（DAC）共聚单体进行水溶液绝热聚合，制备出相对分子质量大于1000万的CPAM产品。鲁红等成功地运用分散聚合技术，制得了高相对分子质量的CPAM，该产品外观为乳白色液体，相对分子质量为300万～800万。汪威等以聚丙烯酸接枝壬基酚聚氧乙烯（PAA－g－NPEO）作分散剂，紫外光（UV）引发AM在叔丁醇／水（TBA ／H2O）体系中进行了分散聚合。
陈冬年等在硫酸铵水溶液中用分散聚合法合成丙烯酰胺与正离子单体的共聚物，得到了分散均匀、稳定的聚合物，并对产物进行了表征。Dongnian Chen 等用AM和DMC作为共聚单体，以聚丙烯酰氧基三甲基氯化铵（PDAC）为分散稳定剂，2，2－偶氮［2－（2－咪唑啉－2－基）丙烷］二氢氯化物（VA－044）为引发剂，在无机盐（（NH4）2SO4或NaCl）水溶液中合成了较高相对分子质量的阳离子聚丙烯酰胺。胡瑞等将复合引发体系用于DMC和AM水溶液共聚，制备了阳离子聚丙烯酰胺类絮凝剂P（DMC－ AM），并将其应用于十堰市污水厂废水，取得的处理效果很好。
郭睿威等认为水溶性单体在盐水介质中的分散聚合是一种新型绿色合成技术。研究了通过AM 和阳离子DMC 在无机盐水溶液中的分散共聚合，制备了稳定的P（AM－DMC）水基分散体。王玉峰等以AM和DAC为共聚单体，以硫酸铵水溶液为反应介质，采用分散聚合法制备出性能稳定的CPAM 水包水乳液。Lijuan Wang等以AM和丙烯酰氨基二羟丙基三甲基氯化铵（AMHP）在（NH4）2SO4 水溶液中，以过硫酸钾为引发剂，PDMC为分散剂，合成了一种水溶性阳离子絮凝剂，处理高岭土悬浮液有很好的效果。
2 分散聚合法所得CPAM 的应用
2．1 阳离子聚丙烯酰胺絮凝机理阳离子型聚丙烯酰胺的作用不仅表现在可以通过电荷中和而使胶体颗粒絮凝，而且还可与带负电荷的溶解物质进行反应，以生成不溶性的盐。
由于阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂分子链中既含阳离子链节，又含有柔性好的丙烯酰胺链节。所以当阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂处理含带正电荷的胶体颗粒的废水时，吸附在胶体表面上的是柔性好的丙烯酰胺链节。丙烯酰胺链节不是全部都与胶体表面接触，而是有很多其它链节伸展到悬浮液的液相中。被吸附在胶体表面上的高分子链节段称为链串，伸展到液相中的高分子链节称为链环，高分子的尾端称为链端，伸展到溶液中的链环和链端形成胶体颗粒间的桥。由于一个高分子链有很多个链串与颗粒间的桥，当高分子链中吸附的胶体颗粒多时，使胶体絮凝而发生沉降，即“架桥作用”。当阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂处理含带负电荷的胶体颗粒的废水时，阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂中的阳离子与废水中的带阴离子的胶体颗粒进行电荷中和作用，降低ζ电位， 压缩扩散层。当ζ电位降低到接近零时，胶体粒子被凝聚。同时，阳离子型聚丙烯酰胺的长链产生架桥效应，使胶体絮凝。其它悬浮的颗粒也被吸附、包卷和捕集，并相互集结形成大的絮体，即“中和”与“架桥”作用。
因而，阳离子型絮凝剂的相对分子质量即使较低，也很容易在粒子间进行架桥而表现出絮凝效果。
2．2 阳离子聚丙烯酰胺应用
根据上述机理可知， 阳离子聚丙烯酰胺是一种非常重要的水溶性絮凝剂，相对其它类型的聚丙烯酰胺，它可以更为有效的应用于污泥脱水、污水脱色、造纸干、湿增强剂、油井固沙剂等， 特别适用于染色、造纸、食品、建筑、冶金、选矿、煤粉、油田、水产加工与发酵等有机胶体含量高的行业的废水处理，在造纸中阳离子聚丙烯酰胺主要用于造纸废水处理和助滤作用。
近几年来，日、美等国家主要将阳离子聚丙烯酰胺应用于废水处理，并以每年10％的速度增长。而我国该领域的阳离子聚丙烯酰胺的应用还刚刚起步，大多还是应用于造纸和油田。
刑仁卫等将分散聚合的CPAM 乳液用于漂白烧碱法苇浆的助留助滤研究。结果表明，CPAM乳的用量为0.04％ 时，着率就可从空白样的74.2％提高到89.9％，若在体系中加入硫酸铝用于吸附阴离子杂质，当硫酸铝用量为3％时，CPAM对浆料的留着率甚至可以达到99.1％。研究还发现，CPAM 乳液对水溶液中阴离子杂质的积累具有一定的抵抗能力，并且pH值对其助留效果影响很小，可适应酸性至碱性抄纸系统。鲁红成功地运用分散聚合技术制得了高相对分子质量的CPAM， 该产品外观为乳白色液体，相对分子质量为300万～800万。部分纸厂使用该助剂可使网下白水浓度降低40％，填料和细小纤维的留着率及浆料的滤水性能大幅提高，纸张的施胶效果明显改善，吨纸成本可以降低32元左右。同时该产品对制浆废水处理效果明显，若将该产品配合混凝、气浮、厌氧消化等方法使用，则废水的COD、BOD5及色度的去除率将大大提高。顾学芳等采用AM和二甲基二烯丙基氯化铵（DADMAC）共聚合得到聚丙烯酰胺阳离子絮凝剂（PDA），将该产品用于废纸再生造纸废水的处理，比较了无机絮凝剂聚合氯化铝或有机阳离子聚丙烯酰胺单独使用时和无机絮凝剂与有机絮凝剂配合使用时处理废水的效果。结果表明，无机絮凝剂与有机絮凝剂配合使用时有很好的处理效果。城市与工业污水常用活性污泥法处理，生化污泥常常是亲水性很强的胶体，所含水极难脱去，但采用阳离子型聚丙烯酰胺类絮凝剂，可以达到良好的脱水效果。
3 结论
由于CPAM 具有特异的优越性能，对它的研究与开发正在不断扩大和深入。目前，我国的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的品种单一，除了聚丙烯酰胺的经曼尼希反应制备的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂外，能真正工业化并具有工业潜力的水溶性阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂几乎没有，而且目前用分散聚合法合成的阳离子聚丙烯酰胺单体浓度低，稳定性不是很好。对于阳离子季铵盐单体来说，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）的价格比较昂贵，不适合用于大量生产，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC）与二甲基二烯丙基氯化铵（DADMAC）价格相对说比较便宜，但合成后物质稳定性不如DMC效果好。选取上述物质的聚合产物为分散稳定剂需耗量大，由于其为粘度较大的粘稠状液体，所以取用量不易控制，聚乙二醇（PEG）系列，高相对分子质量容易产生暴聚，低相对分子质量的效果虽好，但合成产物相对分子质量不高。今后的研究重点应该是寻找更为廉价的分散体系、制备更为有效的分散剂、便宜易得的阳离子单体及加强对AM与其它功能性单体分散共聚的研究，以增强其絮凝能力。随着人们对分散聚合机理研究的深入和分散聚合技术的日益完善，AM的分散聚合制备技术一定会取得长足的进步
明泉公司主要产品有：聚合氯化铝。聚合氯化铝铁。碱式氯化铝。聚丙烯酰胺。聚合硫酸铁。硫酸亚铁。等水处理药剂。欢迎广大客户来函来电洽谈业务！
电话:0371-66550817，传真:0371-66550827。手机：15037199523联系人：李先生 网站：http://www.hnjscl.com/
|
毛纺工业水污染物排放标准
