聚丙烯酰胺的合成和应用及其发展

聚丙烯酰胺（PAM ）的合成和应用及其发展

（专业：环境科学 班级：101班 姓名：张亚峰 学号：101505019）

摘要：本文主要介绍聚丙烯酰胺（PAM ）的合成、应用及其发展。

关键词：PAM 合成 应用 发展

前言

随着上世纪工业的迅速发展，资源等人类赖以生存的物质基础被大幅度地不合理利用或破坏，某些稀有资源线已出现枯竭的局面。步入二十一新世纪，全球经济飞速发展，致使人类社会所面临的人口增长、环境污染、资源匮乏等全球性问题日益趋于明显和严峻，并引发和激化了诸多方面的矛盾和危机，为了缓解或者解决这些问题，人们把希望寄托于科技。

著有“百业助剂”之称的聚丙烯酰胺（Polyacrylamide, 简称PAM ）因其优良的性能和现阶段人们可以承受的经济水平，作为一类重要的具有多方面应用的絮凝剂、增稠剂、减阻剂、泥浆处理剂、表面活性剂、土壤改良剂、水土保湿剂、种子包衣剂、纸力增强剂等被广泛用于石油开采、水处理、纺织、造纸、选矿、医药、农业等行业。

本文首先介绍PAM 的合成，其次着重阐述PAM 在上述行业方面的应用和发展。

1 PAM 概述

聚丙烯酰胺是丙烯酰胺（AM ）均聚或与其它单体共聚而成的含量在50%以上的线型水溶性高分子化学品的总称。聚丙烯酰胺有粉末状、胶体状和乳液状三种产品，无色无味、无臭，外观呈白色或微黄色，易溶于水，几乎不溶于苯、乙醚、酯类、丙酮等一般有机溶剂，其水溶液接近透明的粘稠液体，无毒、无腐蚀性；固体PAM 具有吸湿性，热稳定性良好，但在120℃以上会分解产生NH 3、CO 、H 2 。由于单体丙烯酰胺 CH 2CHCONH 2 的化学性质非常活泼，因此可以在其双键及酰胺基处通过一系列的化学反应引入不同的官能基团，从而可以得到不同类型的聚丙烯酰胺。按其离子特性可分为阳离子型、阴离子型、非离子型、两性聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺的分子结构为： 结构式中的n 值为2×104～9×104，故聚丙烯酰胺分子量一般为 1.5×106～

6×106，可分为低分子量、中分子量、高分子量和超高分子量聚丙烯酰胺。

2 PAM 的合成

目前，国内外合成聚丙烯酰胺的方法普遍一致，其基本原理都是基于丙烯酰胺在引发剂的作用下，发生自由基聚合反应, 生成聚丙烯酰胺。聚合方法按单体在介质中的分散状态分

CH 2CH CONH 2n

类主要有溶液聚合、乳液聚合、悬浮聚合和本体聚合。按单体和聚合物的溶解状态分类可分为均相聚合和非均相聚合。其中，丙烯酰胺的自由基聚合主要分为均相水溶液聚合法、反相乳液聚合法、悬浮聚合法等。聚合过程中采用的引发剂主要是一些键能较低（通常为100～150kJ/mol ）、易分解的化学物质（常见的有、(NH 4)S 2O 8）），它们可以在一些物理因素的作用下化学键发生断裂，产生自由基，进而与丙烯酰胺单体进行共聚或均聚反应生成聚丙烯酰胺。后期还可通过聚丙烯酰胺中特殊的酰胺基所具有的化学性质进行改性，引进羧基等基团形成其它类型的聚丙烯酰胺。所涉及到的物理因素有各种辐射、光(可见光和紫外线)、超声波、磁。

2.1 合成机制

工业上最早采用并且沿用至今的生产方法是丙烯酰胺的溶液聚合法。溶液聚合是由单体、引发剂、溶剂组成的聚合体系。该法生产聚丙烯酰胺有较长的历史，由于其操作工艺简单，生产成本较低，操作安全方便，不必回收溶剂、环境污染少、且聚合物产率高、易获得高特性粘数聚合物等多重优点，迄今仍有不少生产厂家在沿用。下面以引发剂K 2S 2O 8为例，通过化学反应方程式说明聚丙烯酰胺的溶液聚合反应过程。

链引发阶段： K 2S 2O 4

2K ++2SO 42- SO 42-+CH 2CH CONH 2SO 42-CH 2CH CONH 2

链增长阶段： +CH 2CH

CONH 2CH 2CH 2CONH 2

SO 42-n SO 42-CH 2CH CONH 2 链终止阶段：

SO 42-2CH 2CH CONH 2

CH 2CH CONH 2SO 42-CH CONH 2CH 2SO 42-

SO 42-CH 2CH CONH 22CH 3+CH CH 2SO 42-SO 42-

显然，聚丙烯酰胺的合成反应自由基反应。

由于聚丙烯酰胺生产过程中的聚合热难以散去，使体系温度升高，为了获得高分子量的产品，人们将适用于不同温度范围的引发剂复合使用，即所谓的复合引发。该体系既可降低聚合前期的引发温度，也可提高后期的聚合转化率。如：NaHSO 3、CH 3NaO 3S •2H 2O 。

2.2 合成工艺流程

PAM 产品主要有水溶液胶体、粉末状和乳液三大剂型。但粉状PAM 产品因其使用、贮存和运输方便等原因，目前为国内外所普遍使用。其一般生产工艺流程可用下图表示：

3 PAM 的应用

3.1 阳离子型聚丙烯酰胺的应用

1．用于水处理：污泥脱水时，可根据污泥性质选用不用型号的阳离子型聚丙烯酰胺，它具有絮团大，不粘滤布，压滤时不散，泥饼较厚，脱水率高，泥饼含水率低等优点，处理效率很高；处理生活污水和有机废水，由于阳离子型聚丙烯酰胺在酸性或碱性介质中均呈正电性，而生活污水和有机废水通常呈负电性，因此用阳离子型聚丙烯酰胺要比用阴离子、非离子型聚丙烯酰胺效果高数倍甚至数十倍；在净化以江河水作水源的自来水时，用量少，效果好，成本低，特别是和无机絮凝剂共同使用效果更好，因此它将有望成为净化长江、黄河及其它流域的自来水厂的高效絮凝剂。

2．用于造纸业：造纸用其作为增强剂或助剂，以提高填料、颜料等存留率，降低原材料的流失和对环境的污染；同时，它还可以提高纸张的强度和抗撕性以及多孔性。

3．用于纺织业：可以使上浆剂、浆液性能稳定，降低，织物断头率低、改善织物布面光洁程度。

3.2 阴离子型聚丙烯酰胺的应用

1．工业废水处理：对于悬浮颗粒，粒径较大、浓度高的带正电粒子, pH 呈中性或碱性的污水，钢厂废水，电镀厂废水和冶金废水以及洗煤废水等污水的处理效果好。

2．饮用水处理：一般选用阴离子聚丙烯酰胺为宜。我国很多自来水厂的水源来自江河，配料釜聚合槽

精制的25～30%的AM 水活

性

剂

去氧的AM 水溶液氮气引发剂PAM 粗造粒机细造粒机3～5mm 的PAM 颗粒回转穿流机（90～150℃干燥）振动流化床（75～80℃干燥）

筛分机磨粉机筛分机粉末PAM 粉末状

PAM 产品