阳离子高分子絮凝剂的分类及应用

概述^[1]

絮凝剂(Flocculation)又称沉降剂，是一类可使液体中不易沉降的固体悬浮微粒达到凝聚、沉淀目的的物质，它在废水处理、发酵工业后处理、食品加工、土木疏浚工程等领域应用广泛。高分子絮凝剂相对于无机絮凝剂，具有分子质量高，产品稳定性好，吸附架桥能力强，具有多个官能团，絮凝效果好，使用范围广，投料量少，产生的污泥量少，形成的絮体过滤性好等诸多优点。由于现代工业生活导致排水中的有机物含量大大提高，而有机物微粒表面又通常带负电荷，因此，阳离子高分子絮凝剂近年来备受青睐。

分类及应用^[2]

按照化学成分的不同，阳离子高分子絮凝剂可分为阳离子天然高分子絮凝剂和阳离子人工合成高分子絮凝剂两大类。

1. 阳离子天然高分子絮凝剂

这类絮凝剂按其原料来源的不同，大体可分为淀粉衍生物、纤维素衍生物、植物胶改性产物、多聚糖类及蛋白质类改性产物等。天然高分子物质具有分子量分布广、活性基团作用点多、结构多样化等特点，易于制成性能优良的絮凝剂，其来源广、价廉、可以再生且无毒，具有良好的开发前景。目前，研究较多的主要是淀粉、纤维素、植物胶和聚多糖改性絮凝剂，其中淀粉改性效果，淀粉分子带有很多羟基，通过这些羟基的酯化、醚化、氧化、交联以及与丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺等进行接枝共聚等反应来制备改性淀粉。改性淀粉絮凝剂具有上述天然改性有机高分子絮凝剂的特点，其中包括选择性大、无毒、可以完全被生物分解、在自然界形成良性循环等显著特点。

2. 人工合成阳离子高分子絮凝剂

合成有机高分子絮凝剂可分为阴离子、阳离子、非离子和两性4种类型。其中阳离子絮凝剂是研究的热点，因为阳离子型包括聚丙烯酰胺Mannich反应产物、丙烯酰胺与阳离子单体的共聚物、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚亚胺等。阳离子型可用来去除废水中的有机物，pH值适用范围为中性至强酸性，阳离子絮凝剂不仅可以通过电荷中和、架桥机理使胶体粒子絮凝，而且还可以与带负电荷的溶解物进行反应，生成不溶性的盐，使得它对有机物和无机物的净化用量少，毒性小等特点。聚丙烯酰胺传统的制备方法有水溶液、反相悬浮、沉淀、反相乳液、反相微乳液等。有研究开发一种改善赤泥净化效果的方法，该法采用右旋糖苷淀粉和一种水溶性合成絮凝剂(如聚丙烯酸、丙烯酰胺与丙烯酸的共聚物等)分离Bayer工艺中的赤泥。这种复合絮凝剂与Bayer工艺的溶液相混后，溶液中所含的赤泥即可通过沉淀、离心或过滤等工艺去除。

结果表明，在絮凝过程中CPAM表现出两个聚沉点，其适宜阳离子度和分子量范围分别为10%～15%和500×104～700×104，与PAC复配可显著增强其絮凝效果。

制备^[3]

阳离子高分子絮凝剂中以聚丙烯酰胺(PAM)系列的应用最为广泛，占絮凝剂使用量的一半以上，依据合成方法不同可分为两类：一是聚丙烯酰胺的阳离子改性法；二是丙烯酰胺单体与阳离子单体共聚。

1）聚丙烯酰胺的阳离子改性法

聚丙烯酰胺(PAM)的阳离子改性法就是对PAM进行改性制取阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)。PAM的阳离子改性法主要是通过曼尼希反应在聚丙烯酰胺上引入胺类分子，常用的胺类化合物有二甲胺、二乙胺、三甲胺等。在已有的阳离子型有机高分子絮凝剂的制备和絮凝性能研究的基础上，以聚丙烯酰胺为主链，在碱性条件下，用甲醛和二乙烯三胺与支链上的酰胺基发生胺化接枝反应，制得一种多胺型阳离子有机高分子絮凝剂(XPAM)。在相同的合成工艺条件下，用二乙胺和二正丁胺作为胺化剂制得两种絮凝剂CPAM和DPAM，然后使之季胺化得到

其对应的季胺型阳离子絮凝剂C’PAM和D’PAM，并且对比了这几种絮凝剂的状指标及对高浊度水的絮凝处理效果。利用聚丙烯酰胺与甲醛和二甲胺发生曼尼希反应，生成叔胺阳离子聚丙烯酰胺，再与硫酸二甲酷或盐酸反应生成阳离子聚丙烯酰胺。

2）丙烯酰胺单体与阳离子单体共聚

由两种或多种单体同时参与的聚合称为共聚合，丙烯酰胺单体和阳离子单体共聚属于自由基聚合，是目前应用最广泛的合成方法，有水溶液聚合和反相乳液聚合两种形式。其合成关键在于选择活性较高的阳离子单体，以保证二单元在同一反应体系内完成自由基共聚合反应，得到具有无规分布特征的阳离子聚丙烯酰胺。现在常用的阳离子单体有甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)等。

主要参考资料

[1] 阳离子高分子絮凝剂的研究概况

[2] 阳离子高分子絮凝剂的研究及进展

[3] 阳离子有机高分子絮凝剂的研究进展