3号絮凝剂—聚丙烯酰胺

概述^[1][2]

聚丙烯酰胺是20世纪60年初发展较快的一种有机高分子絮凝剂，英文简称为PAM，国内称为3号絮凝剂。聚丙烯酰胺是非离子型，水解后成为阴离子型，如与胺基或其他基团共聚，可成为阳离子型。聚丙烯酰胺中含有少量未聚合的丙烯酰胺单体，这种单体具有毒性。因此给水用聚丙烯酰胺需符合卫生学的规格。

通常是丙烯酰胺单体头尾键接结构的聚合物，在常温下为坚硬的玻璃态固体。

聚合^[3]

丙烯酰胺一般进行水溶液聚合。控制反应条件可制取平均分子量在数百万以上的水溶性聚丙烯酰胺。所用引发剂有偶氮二异丁腈、过氧化物（例如过硫酸钾或过硫酸铵）或氧化还原体系（例如过硫酸盐与三乙醇胺或硫酸铜与亚硫酸氢钠）。要制取分子量较低的聚合物时，须加适量的链转移剂，如异丙醇、巯基化合物或某些无机盐。通常，当反应温度较低、单体浓度较高和溶液呈酸性时，能得到分子量较高的线型聚合物。

丙烯酰胺在有机溶剂中进行溶液聚合时，则为沉淀聚合，可生成颗粒或粉末状的水溶性聚合物。丙烯酰胺可进行光聚合。例如，在低温(-30℃)下，用液氨作溶剂，在偶氮型引发剂作用下进行光聚合，得到分子量高达400万左右的聚丙烯酰胺。晶形丙烯酰胺经电离辐射引发，可进行固态聚合。如果单体用γ射线辐照，可生成分子量高达千万以上的聚丙烯酰胺。

应用 ^[3]

聚丙烯酰胺可用作胶粘剂，例如用于医用胶粘剂。由于丙烯酰胺单体具有使神经肌肉功能失调的毒性，并对皮肤有刺激性，而聚丙烯酰胺无毒，对于医用聚丙烯酰胺产品规定，游离单体的含量不得超过0.05％。聚丙烯酰胺还可用作絮凝剂。例如，聚丙烯酰胺和部分水解聚丙烯酰胺的水溶液具有优异的絮凝性能，分别属于非离子型和负离子型絮凝剂。一般选用分子量为100～600万的产品，水解度以30％左右为宜。聚丙烯酰胺可用作油井钻探用的泥浆稳定剂、矿石浮选剂、水泥和土壤的改良剂或胶粘剂（例如，高分子灌浆材料用于水坝及地下工程）、纸张增强剂、糖浆脱色剂、增稠剂、水溶液减阻剂，以及固定化酶和电泳用的凝胶等。

其他应用^[4]

油田为提高原油采收率而采用的聚合物驱油作业,产生的采出水中残留着阴离子型高分子质量聚丙烯酰胺（PAM）。废水中PAM和淀粉共存时PAM可发生碳链断裂和生物降解,然而以PAM作为唯一碳源的生物降解性还不清楚。利用好氧悬浮污泥和厌氧升流式反应器，分别处理PAM为唯一碳源的模拟废水(水力停留时间（HRT）为2 d,PAM浓度为200 mg·L^-1),结果表明,好氧反应器出水的PAM浓度和黏度均没有降低,同时运行84 d后污泥流失,造成系统崩溃。而厌氧反应器出水PAM浓度和黏度分别降为169.81mg·L-1和1.50 cP,流场流分离耦合多维角度激光光散射分析发现PAM的分子质量从2.17×10⁷ Da降低到3.35×10⁶ Da，表明厌氧条件下可以利用PAM作为唯一碳源进行生物降解,并发生碳链断裂。延长HRT从2～8 d可以提高利用PAM作为唯一碳源的厌氧处理效果，出水分子质量进一步降低到1.60×10⁶ Da，同时黏度也从1.50 mPa·s降低到1.21 mPa·s。串联生物膜反应器也可以提高利用PAM作为唯一碳源的厌氧生物处理效果，在HRT为4 d条件下PAM的分子质量和黏度降低到1.87×10⁶ Da和1.26 mPa·s。

主要参考资料

[1] 精细化工辞典

[2] 中国土木建筑百科辞典-城镇基础设施与环境工程

[3] 中国大百科全书（化学卷）

[4] 宋文哲,张昱,杨敏.聚丙烯酰胺作为唯一碳源的好氧和厌氧生物降解[J/OL].环境工程学报