聚丙烯酰胺的合成及应用

摘 要：对近年来广泛研究和使用的聚丙烯酰胺絮凝剂进行了综述，聚丙烯酰胺絮凝剂根据电荷类型分为了阳离子型、阴离子型、两性型和非离子型。同时对聚丙烯酰胺絮凝剂的合成机理及应用进行归纳阐述，并对高分子絮凝剂的发展前景进行了展望。

关键词：聚丙烯酰胺；合成；应用

1 引言

有“百业助剂”之称的聚丙烯酰胺（PAM）是一个仍在快速发展的系列产品，目前已有五大系列2000多个品种，广泛应用于国民经济的各个领域。有机高分子絮凝剂种类繁多，目前研究热点主要集中在高分子合成型絮凝剂，有机高分子絮凝剂又可分为四种类型，即：阳离子型、阴离子型、两性型和非离子型絮凝剂，其中阴离子型和非离子型絮凝剂的脱水能力不佳，故使用较少。

2 聚丙烯酰胺的合成

聚丙烯酰胺一般分为阳离子聚丙烯酰胺（CPAM），阴离子聚丙烯酰胺（APAM），两性型聚丙烯酰胺（AmPAM）及非离子聚丙烯酰胺（NPAM）。丙烯酰胺的主要聚合工艺可分为水溶液聚合、分散聚合、悬浮聚合、反相乳液聚合和反相微乳液聚合，其聚合反应属于自由基聚合，所用引发剂也有很多，如：氧化还原体系，过氧化物或偶氮化合物，也可以使用Co60的γ射线。

2.1阳离子型聚丙烯酰胺

李智利[1]等采用水溶液复合引发剂聚合法合成阳离子聚丙烯酰胺，即由AM、CMD、60%DMDAAC三种单体共聚，当CMD与60%DMDAAC体积比4∶3，且单体浓度为40%，复合引发剂（2%过硫酸铵、2%甲醛合次硫酸氢钠和 2%偶氮化合物）为2mL，反應温度为80℃时，聚合之后烘干、粉碎、过筛得到阳离子聚丙烯酰胺。且该絮凝剂与市售产品相比，溶解性更好，粘度更低，使用更加方便，絮凝效果与市售相比略好。

2.2阴离子型聚丙烯酰胺

董灵光[2]采用的氧化-还原引发体系确定了最佳聚合工艺条件：即EDTA 用量为0.03%，连二亚硫酸钠（SHS）用量为0.02%，AA/AM比为1/6，体系pH值为6，反应时间约6h，可获得粘均分子质量高达 1.9×107的阴离子型聚丙烯酰胺，而且聚合转化率较高。

2.3两性型聚丙烯酰胺

沈中[3]采用水分散聚合法合成两性型聚丙烯酰胺，即选用聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDADMAC）为分散稳定剂，在硫酸铵浓度为23wt%-29wt%溶液中，摩尔比DADMAC：AA：AM=1：1：2，pH在2到4之间时，可以制得稳定的粒径均一的两性聚丙烯酰胺。在浓度是1.5wt%-2wt%的P（DADMAC）中絮凝效果最佳。

3 聚丙烯酰胺的应用

3.1阳离子型

CPAM被广泛应用于水处理等絮凝沉淀领域。因为其具有正电荷密度高、水溶性好、高效无毒和价格低廉等特点。卢红霞[4]等将其用于处理实验污泥，得出结论：处理污泥时加入阳离子聚丙烯酰胺0.027%、其中该絮凝剂阳离子度为30%，絮凝效果较佳，上层清液透光率达99.6%，污泥脱水率达90.5%。在使用CPAM絮凝剂处理硫酸污水时，可以提高污水的沉降效果，改善污水悬浮物的排放质量。

3.2阴离子型

阴离子型聚丙烯酰胺，因为其可以通过其链段的架桥作用，分子链同时吸附于若干个污泥粒子上，将各个粒子结合起来成为大粒子，这样污泥粒子就会加速沉降进而更容易固液分离，因此，在絮凝中有着一定的应用。张丽娟[5]制备阴离子型聚丙烯酰胺并用于赤泥沉降絮凝，得出结论：在高铝硅比情况下沉降性能优异，且因为其与赤泥表面铁形成稳定六元环配合物，APAM对赤泥沉降上清液澄清有较好作用。

3.3两性型

两性聚丙烯酰胺（AmPAM）在结构上与CPAM或者APAM相比有着较大的优势，因为AmPAM是水溶性高分子，兼具上述二者的性质，并在此基础上还有“反聚电解质效应”，并且能相对CPAM和APAM来说能适应更广的pH环境，这些特点是阳离子聚丙烯酰胺和阴离子聚丙烯酰胺所不具备的。刘中卫[6]利用阴离子型聚丙烯酰胺进行曼尼奇反应，再对其进行季胺化，制备了两性聚丙烯酰胺。所制的两性聚丙烯酰胺在广泛的pH值范围内都具有很好的絮凝性能，而且沉降率很大，达到了90%以上。

3.4非离子型

在非离子聚丙烯酰胺中，活性基团往往是酰胺基（-CONH2-）该基团虽然不含离子，但是其氨基能够与其他离子配位而起到吸附絮凝的作用。韩瑞[7]等研究了该絮凝剂的分子量及其用量对微细粒尾矿的沉降性能影响，得出以下结论：非离子型聚丙烯酰胺对微细粒尾矿的沉降是有利的，并且随着絮凝剂分子量的增加，尾矿的沉降速度从0.53cm/min逐渐增加到2.61cm/min，压缩区浓度有所减小，从42.82%降低至40.00%；非离子絮凝剂的分子量对沉降速度的影响大于对压缩区浓度的影响。

4 结语

与无机絮凝剂相比，聚丙烯酰胺有着分子量大，吸附架桥能力强的特点，同时具有投加量少、絮凝效果显著的优势。但其存在合成工艺复杂、残留单体具有毒性等缺点。随着国民环保意识的提高以及我国对环保工作重视程度的进一步加强，天然有机高分子絮凝剂的高效、廉价、低毒、无公害已有逐步成为目前主流高分子絮凝剂的发展趋势。因此，今后研究将向絮凝剂的改良和研发新型絮凝剂等方面发展。

参考文献

[1] [李智利，徐景峰.阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的合成研究[J].当代化工，2015，44（11）：2599-2601.

[2] 董灵光.阴离子聚丙烯酰胺的合成[J].化学工程师，2011，25（07）：65-67.

[3] 沈忠. 水分散聚合法合成两性聚丙烯酰胺的研究[D].安徽大学，2010.

[4] 卢红霞，刘福胜，于世涛，王志萍.阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备及其絮凝性能[J].化工环保，2007（04）：374-378.

[5] 张丽娟. 阴离子型聚丙烯酰胺絮凝剂的合成及其在赤泥分离中的应用[D].中南大学，2008.

[6] 刘中卫. 两性聚丙烯酰胺的制备及其絮凝性能研究[D].北京化工大学，2008.

[7] 韩瑞，吕宪俊，李琳，朱成志.非离子絮凝剂对微细粒尾矿絮凝沉降的影响[J].中国矿业，2016，25（05）：97-101.

作者简介：

周世嘉（1984-），男，辽宁省抚顺市，辽宁大学毕业，硕士学位，工程师。主要从事环境科研、环境规划工作。