高分子絮凝剂聚丙烯酰胺的应用与制备

背景及概述^[1-2]

有机絮凝剂大多是线型高分子聚合物，从1954 年美国道化学公司首先开发出聚丙烯酰胺系列产品以来，世界各国已相继开发出多种产品，其中尤其以阳离子絮凝剂最引人注目，这是因为现代化工业和现代化生活使排水中的有机质含量大大提高。高分子絮凝剂聚丙烯酰胺的制法概括起来可分为两大类：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或阳离子单体均聚。

应用与制备^[2-3]

高分子絮凝剂聚丙烯酰胺可通过吸附电中和及吸附架桥两种作用使带负电荷的胶体颗粒和其他污染物质脱稳而得到去除，具有良好的除浊、脱色等功能，特别适用于胶体物质含量高的废水、污泥脱水和有色废水的处理等。它与各类无机高分子絮凝剂配合使用，可以降低水处理成本、提高净水效果。因此在城镇饮用水、工业用水、工业废水和城市污水净化处理以及污泥脱水中使用阳离聚丙烯酰胺成为一种趋势。目前制备高分子絮凝剂聚丙烯酰胺主要包括两种方法：

1. 利用曼尼希反应进行阳离子化

曼尼希反应是指胺类化合物、醛和含有活泼氢原子的化合物进行缩合时，活泼氢原子被氨甲基取代的反应。目前国外工业生产聚丙烯酰胺常用的是油包水型反相乳液聚合的方法，此类反应常用的引发剂为亚硫酸氢钠和过硫酸铵，而乳化剂目前主要采用Span 系列与Tween 系列或Op 系列复配，它们属于非离子型，与有机介质很匹配。曼尼希反应产物由于它的优异性能而在水处理中应用广泛。但是据研究它有一个的缺点就是易发生交联，而且固体成分在药剂中含量越大，这种倾向就越明显。产品可以制成水溶液形式来解决这个问题，但是溶液形式的产品不利于运输。有的研究者提出了在使用现场进行曼尼希加成反应，即把

高固体含量的反相聚丙烯酰胺微乳液运到使用现场，在使用前把这些反相微乳液和二甲胺、甲醛反应得到曼尼希加成物。这种方法面临的一个重要问题就是需要在使用现场储藏化学药品以保证反应的连续进行，另外保证现场的化学反应条件也是个麻烦的问题。研究出了一种新的阳离子型的聚丙烯酰胺微乳液，这种溶液中聚合体分子相互孤立，使其在单位水体中的含量大大减少，也就解决了分子间由于相互交联而使产品性能下降的问题，同时这种新产品的含固量也得到很大提高，促进了它的广泛使用。

2. 通过共聚得到阳离子聚丙烯酰胺

1）利用阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵DMDAAC 制备阳离子聚丙烯酰胺。本工艺通过二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯酰胺单体通过共聚反应制造出高分子絮凝剂聚丙烯酰胺产品。共聚反应所用的溶剂有水、1 ～ 4 个碳原子的伯醇及其水溶液混合物。低级醇溶剂所制成的产品为粒状，易于保管和干燥，但由于所使用的原料和最终产品均溶于水，所以一般用水作溶剂。为便于聚合及利于单体的充分溶解，控制水溶液中的单体含量在50 %～ 60 %之间。通过此方法制成的阳离子聚丙烯酰胺在城市和工业用水以及废水处理系统中用作污泥调节的絮凝剂，特别适用于来自原污水或加工污水、食品加工废水、发酵废水等有机污泥悬浮物和生物降解污泥的脱水，以及各类工业废水的澄清处理。在采矿和矿物加工过程，常用作脱水凝聚剂，用于处理各类矿物泥浆。

2）用丙烯酰胺单体和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体共聚制备阳离子聚丙烯酰胺。此类药剂常用的制造方法是乳液聚合法和辐射聚合两种途径。乳液聚合法共分聚合、脱水，加已二醇醚和除烃四步进行。辐射聚合的原料为工业级丙烯酰胺和精制的工业级甲基丙烯酸二甲氨基氯代甲烷盐。它的一个特点就是使用钴60 射线促进单体的聚合。辐射聚合可以提供阳离子强度范围极宽的高分子量絮凝剂。此类高分子絮凝剂阳离子电荷密度范围大、分子量高、适用范围广、成本低，广泛用于各种工业和生活废水，特别适用于工业废水中有机污泥的处理。国外大多数生产有机絮凝剂的厂商都建有此产品的生产线，特别在日本，它是最常用的高分子絮凝剂聚丙烯酰胺，因此它是很有发展前途的一种药剂。

主要参考资料

[1] 阳离子型及两性絮凝剂现状与发展方向

[2] 有机高分子絮凝剂的研究应用评述

[3] 阳离子型有机絮凝剂研究进展