作者：章诗芳
摘要：聚丙烯酰胺（Polyacryamide,简称PAM）是丙烯酰胺均聚物或与其他单体共聚而得线形聚合物的统称。具有良好 的热稳定性。由于结构单元中含有极性基团??酰胺基，易形成氢键，使其具有良好的水溶性和很高的化学活性，易通过接枝、交联得到支连或网状结构的多种改性物。从而使聚丙烯酰按具有一系列衍生物和多种宝贵性能，在水处理方面具有重要意义，是有机高分子中应用最广泛的净水处理絮凝剂
关键词：聚丙烯酰胺 PAM 净水处理 絮凝剂
聚丙烯酰胺（Polyacryamide,简称PAM，结构通式为：
）是丙烯酰胺均聚物或与其他单体共聚而得线形聚合物的统称。具有良好 的热稳定性。由于结构单元中含有极性基团——酰胺基，易形成氢键，使其具有良好的水溶性和很高的化学活性，易通过接枝、交联得到支连或网状结构的多种改性物。从而使聚丙烯酰按具有一系列衍生物和多种宝贵性能，在水处理方面具有重要意义，是有机高分子中应用最广泛的净水处理絮凝剂。
一、聚丙烯酰胺的工艺、产品介绍：
聚丙烯酰胺是早是1893年由moureu用丙烯酰氯与氨在低温下反应制得；1954年首先在美国实现商业化生产。最初，丙烯酰胺（AM）单体是由丙烯腈（AN）经硫酸催化水合而得，通过丙烯酰胺均聚制得非离子型聚丙烯酰胺（PAM），随后开发了用碱部分水解的阴离子型聚丙烯酰胺。70年代随着丙烯酰胺生产的第二代“催化水合法”和第三代“微生物工程法”工艺技术的相继问世，聚丙烯酰胺的系列产品不断地被开发。如70年代中，美国Merck公司和Halliburton公司首先研制成功了阳离子聚丙烯酰胺——二甲基二丙基氯化铵（PDMDAAC）和二甲基二丙基氯化铵与丙烯酰胺的共聚物[P（DMDAAC/AM）]；90年代国外对两性聚丙烯酰胺的研究、开发较为活跃，已有产品问世。
我国对聚现烯酰胺的研究和生产始于60年代，生产工艺主要采用传统的水溶液聚合法——胶体采8——10%AM水溶液，在引发剂作用下直接聚合而成，干粉采用20——30%AM水溶液进行中浓度聚合，聚合后的胶体经过造粒、捏合、干燥、粉碎后制得聚丙烯酰胺，比工艺较为安全、简单、成本低。反向乳液聚合法——AM水溶液借助表面活性剂的作用AM单体分解在油相中形成乳化体系，在引发剂作用下进行乳液聚合，形成稳定的高分子量速溶的聚丙烯酰胺胶乳产品，经共沸蒸馏脱水后即可得到粉状聚丙烯产品，此工艺适合于制备高分子量且分子量分布窄的聚丙烯酰胺胶乳或干粉型产品。还有反相悬浮聚合法——AM水溶液以小液珠悬浮在有机溶液中进行的聚合反应，制得分子量高、速溶的聚丙烯酰胺珠状物。幅射引发法——现煅酰胺单体在紫外线或R射线下引发直接聚合而得固体产品，该法工艺简单，但投资较大，所得产品分子量分布很宽。聚丙烯酰胺的大多数应用都需要某种离子功能。离子的特性可以改变聚丙烯酰胺的溶解性、黏度、溶液的性质。商品衍生物的制造是用共聚法或利用聚丙烯酰胺的后继反应制得。
到目前为止，已生产出非离子型聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰、两性高分子量聚丙烯酰胺、及其衍生物等。其分子量从几十万到一千万以上，根据分子质量可分为低分子量（100万以下）、中分子量（100万--1000万）、高分子量（1000万----1500万）、超分子量（1500万以上）。商品形式主要有粉末、胶体、乳液；粉末质量较高，使用效果好，乳液容易溶解，使用成本相对高。
二、聚丙烯酰胺絮凝机理探讨，溶解工艺及投加工艺的选择。
50年代美国率先开发聚丙烯酰胺作净水处理絮凝剂以来，其生产和应用发展迅速，60年代以来，欧美国家已普遍使用聚丙烯酰胺作净水处理絮凝剂。国内60年代起，在长江、黄河流域的饮用水厂广泛应用聚丙烯酰胺于高浊水的净化处理，和城市和工业处理；90年代起某些水源受污染较严重的饮用水厂，开始使用聚丙烯酰胺作净水处理助凝剂。
聚丙烯酰胺是应用最多的人工合成絮凝剂。其分子链很长，它的酰胺基（---CONH2）可与许多物质亲和、吸附形成氢键，这就使它能在吸附的粒子之间架桥，使数个甚至数十个粒子连接在一起，生成絮团，加速粒子孙下沉，使它成为最理想的絮凝剂。曾有试验在部分水解的聚丙烯酰胺溶液中加入氧化铝的水合物进，聚合的阴离子吸附在氧化铝的阳离子上，黏度就迅速地增加或胶弟化。这同一般絮凝机理类似即一个分子能同时吸附几个粒子，使它们拉在一起，迅速沉降，沉降的速率取决于絮凝剂的浓度和悬浮固体的浓度。经过净水专家多年的水处理应用研究，普遍认为聚丙烯酰胺的絮凝要理是：（1）由于其具有极性基因—酰胺基，易于借其氢健的作用在泥沙颗粒表面吸附；（2）因其有很长的分子链，大数量级的长链在水中有巨大的吸附表面积，故絮凝作用好，能利用长链在颗粒之间架桥，形成大颗粒的絮凝体，加速沉降。（3）借助于聚丙烯酰胺的絮凝——助凝，在净水处理的泥凝过程中可能发生双电离压缩，使颗粒聚集稳定性降低，在分子引力作用下颗粒结合起来，分散相的简单阴离子可以被聚合物阴离子基团所取代；（4）高分子和天然水组成中的物质和水中悬浮物，或在它之前投加的水解的离子之间发生化学相互作用，可能是络合反应；（5）由于分子链固定在不同颗粒的表面上，各个固相颗粒之间形成聚合桥。
聚丙烯酰胺是一种化学性质比较活泼的高分子化合物。由于分子侧链上酰氨基的活性，使聚合物获得了许多宝贵的性能。非离子型PAM类絮凝剂由于不带离子型官能团，因此与阴离子型PAM类絮凝剂相比具有以下特点：絮凝性能受水PH值和盐类波动的影响小；在中型或碱性条件下，其絮凝效果（沉降速度）不如阴离子型，但在酸性的条件下却优于阴离子型，絮体强度比阴离子型高分子絮凝剂的强。
阴离子型PAM类絮凝剂的分子量通常比阴离子型或非离子型的聚合物低，其澄清性能主要是通过电荷中和作用而获得。这类絮凝剂的功能主要是絮凝带负电荷的胶体，具有除浊、脱色等功能，适用于有机胶体含量高的水处理。
三、溶解工艺及投加工艺的选择。
聚丙烯酰胺在使用前均需将固体配制成0.1--0.5%备用溶液，投加时可再行稀释或水力输送，0.5%的备用溶液储存期为七天，0.05%的投加溶液储存期为三天。配制溶液时要注意如下事项：（1）溶解温度。聚丙烯酰胺的溶解需要有一定的温度，以加快溶解速度。但温度过高，又会使高聚物的分子链断裂，降低使用效果，较适宜的溶解温度为50---60℃。（2）搅拌条件。聚丙烯酰胺的溶解应避免过强的剪切力搅拌，过强的搅拌会使分子链断裂，从而降低使用效果。搅拌宜采用低速浆叶，如锚式、框式、多层浆式等。搅拌速度 为60转/分左右。输送时亦应避免采用高速离心泵，较适宜采用活塞泵或隔膜泵。（3）均匀分散投料。聚丙烯酰胺溶解的关键环节，是投料的均匀分散。一般先将水溶液加热调节至50——60℃。开动搅拌机后，最好采用机械震动筛网投料（筛网目数为10目），昼避免产生“大团块状”、“鱼眼状”难溶颗粒，从而使聚丙酰胺得到充分溶解，发挥好使用效果。（4）避免与铁接解。在溶解搅拌及输送投加系统中，最好采用塑料、搪瓷、铝、不锈钢等材质。
聚丙烯酰胺的投加点选择，对使用效果影响较大。有资料介绍，在处理高浊水时，应先投加聚丙烯酰胺，经充分混合后，再投加。也有介绍在投加混剂前投加聚丙烯酰胺，会导致对溶胶的保护。国外资料介绍，在水中悬浮物含量超过50mg/L的季节里，聚丙烯酰胺和其他阴离子高分子絮凝剂在一级处理构筑物之前投加较合适，当悬浮物含量较少时，在滤池之前投加较合适，为了使混凝悬浮物来得及形成细小絮状物，不发生颗粒数量浓度的实际减少（由于聚集）和混凝悬浮物表面性质的恶化，选择向水中投加和絮凝剂的时间间隔，一般在1——4分钟之间。水的温度和浊度越低、水的色度越高，则和絮凝剂投入的时间间隔应当越长，还应当考虑到水的消毒情况，如果聚丙煅酰胺在加氯前投加，水的消毒程度可能降低，可能会恶化阳离子高分子絮凝剂的工艺性质，因为预加氯可能使阳离子高分子对生物对象消毒过程产生屏蔽作用，和高分子在氧化剂作用下被破坏。
聚丙烯酰胺投加时搅拌条件对絮凝效果影响较大要助凝效果最好应为在反应池前部——初级绒絮形成时投加为好。
关于聚丙烯酰胺的投加量，要根据不同的水源水质和净水工艺特点，通过实验来确定。国外有关资料介绍，高分子絮凝剂絮凝过程可存在以下规律：（1）当高分子絮凝剂投量保证覆盖可容覆盖的因体颗粒表面部位时，可达到最佳条件；（2）颗粒表面被聚合物分子过饱和，就会导致絮凝恶化，因为在这种情况下高分子的自由末端也可以吸附在同一表面上，形成弯曲状，相领颗粒间的架桥结合数因而减少；（3）当强烈的搅拌到能够破坏聚合物的结合时，就会发生已絮凝颗粒的散开，如果高分子絮凝剂剂投量少于最佳投量，则架桥键的更弱；（4）聚合物最佳投量和分散相颗粒表面上容许吸附的面积之间存在线性关系。南方某水厂认为，对于其污染比较严重、污染物品种繁多、PH值和碱度较低的原水而言，非离子型聚丙烯酰胺相对比较适合其的絮凝，阴离子型聚丙烯酰胺略微逊色，阳离子型聚丙烯酰胺则效果较差。根据絮凝理论推断，可能是污染严重的枯水期原水浊度比较低
