1、聚丙烯酰胺概述
聚丙烯酰胺首要用于造紙工業(yè)、三次采油、水處理、固液別離、污泥脫水和系統(tǒng)增稠，跟著聚合技能的開展，聚丙烯酰胺已由初干粉（膠體）開展成為現(xiàn)在的干粉、膠乳和微膠乳三種形式。八十年代取得工業(yè)化出產(chǎn)的聚丙烯酰胺膠乳產(chǎn)品，其開展速度適當(dāng)快，在歐美發(fā)達(dá)，其出產(chǎn)規(guī)劃占已聚丙烯酰胺總量的70-80%。九十年代開展的聚丙烯酰胺微膠乳仍處于試驗(yàn)階段，許多技能問(wèn)題仍有待處理，近幾年的研討較為活躍，能夠預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)聚丙烯酰胺微膠乳產(chǎn)品將實(shí)現(xiàn)工業(yè)化出產(chǎn)。
我國(guó)為數(shù)眾多的企業(yè)出產(chǎn)聚丙烯酰胺干粉，有些科研單位從前試制過(guò)膠乳產(chǎn)品，但產(chǎn)品首要性能指標(biāo)如固含量和安穩(wěn)性方面與國(guó)外先進(jìn)水平距離較大，難以與干粉產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)，而微膠乳產(chǎn)品則處于實(shí)驗(yàn)研討階段。
跟著三次采油、廢水處理和功能性造紙?zhí)砑觿┑嚷殬I(yè)的技能進(jìn)步，對(duì)聚丙烯酰胺的需求量大幅度添加。聚丙烯酰胺干粉產(chǎn)品具有出產(chǎn)技能簡(jiǎn)單，且產(chǎn)品分子量高的特色，在運(yùn)用進(jìn)程中存在著溶解時(shí)刻長(zhǎng)和易受攪拌剪切降解，需配備專門的干粉溶解裝置等壞處，且在出產(chǎn)和運(yùn)用進(jìn)程中易產(chǎn)生粉塵飛揚(yáng)，危害操作者身體健康和對(duì)環(huán)境造成污染。膠乳產(chǎn)品具有溶解速度快和運(yùn)用方便的特色，受到了用戶的歡迎，但因?yàn)槟z乳產(chǎn)品系聚丙烯酰胺微小膠粒懸浮在油相中的熱力學(xué)不安穩(wěn)物系，長(zhǎng)期放置易產(chǎn)生分層現(xiàn)象。而近十年來(lái)開展起來(lái)的聚丙烯酰胺微膠乳是通明或半通明的油水雙接連相系統(tǒng)，具有高度安穩(wěn)性，但丙烯酰胺反相微乳液的構(gòu)成條件嚴(yán)格，微膠乳產(chǎn)品存在分子量較低和乳化劑含量過(guò)高的缺點(diǎn)。
2、陽(yáng)離子聚丙烯酰胺
陽(yáng)離子聚丙烯酰胺是近幾年開展較快的品種，在西方發(fā)達(dá)其年添加率為5-10%，已占聚丙烯酰胺總產(chǎn)值的60%以上。我國(guó)的狀況比較特殊，陰離子聚丙烯酰胺占總產(chǎn)值的90%以上，首要用于石油挖掘，陽(yáng)離子聚丙烯酰胺產(chǎn)值很小而且出產(chǎn)企業(yè)規(guī)劃也很小，簡(jiǎn)直沒(méi)有構(gòu)成必定規(guī)劃的出產(chǎn)裝置。跟著水處理職業(yè)的飛速開展，對(duì)陽(yáng)離子聚丙烯酰胺需求高速添加，相信國(guó)內(nèi)陽(yáng)離子聚丙烯酰胺將會(huì)在近幾年有一個(gè)較大的開展。
陽(yáng)離子聚丙烯酰胺首要包含以下三種：低分子量聚胺類、丙烯酰胺與陽(yáng)離子單體共聚類和非離子聚丙烯酰胺改性類。聚胺類包含聚乙烯亞胺、聚乙烯咪唑啉、胺—表氯醇縮合物及其改善產(chǎn)品，這類產(chǎn)品電荷密度高但分子量低，首要用于功能性造紙?zhí)砑觿⑹屯诰蚝突瘖y品等職業(yè)，很少用于污泥脫水。丙烯酰胺與陽(yáng)離子單體共聚類陽(yáng)離子聚合物產(chǎn)值較大，陽(yáng)離子單體首要指（甲基）丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC）和二甲基二烯丙基氯化胺（DMDAC），其間P（AM-DMC）產(chǎn)品分子量較高，陽(yáng)離子度0-100之間可調(diào)，粉狀陽(yáng)離子聚丙烯酰胺簡(jiǎn)直悉數(shù)歸于此類結(jié)構(gòu)，我國(guó)用于污泥脫水的粉狀陽(yáng)離子聚丙烯酰胺亦歸于此類，產(chǎn)品分子量400-600萬(wàn)，陽(yáng)離子度30-50%，其首要問(wèn)題在于DMC需求進(jìn)口，價(jià)格昂貴，導(dǎo)致出產(chǎn)成本較高。關(guān)于P（AM-DMDAC）而言，因?yàn)镈MDAC單體空間位阻較大，聚合活性差，很難制備分子量和陽(yáng)離子度都令人滿意的產(chǎn)品，所以用于污泥脫水的不多，而且DMDAC吸水性較強(qiáng)，該類產(chǎn)品一般為液狀。非離子聚丙烯酰胺的酰胺基可與多種試劑反響，其間與甲醛二甲胺反響可生成叔胺結(jié)構(gòu)聚合物，進(jìn)一步季胺化生成季胺鹽。因?yàn)榫郾０匪芤旱恼扯确浅４螅话?00-800萬(wàn)分子量時(shí)2%濃度已很粘稠，這就給水溶液反響帶來(lái)困難，因?yàn)镻AM濃度很低，導(dǎo)致陽(yáng)離子度一般不會(huì)超越10%且剩下甲醛濃度較高。關(guān)于污泥中有機(jī)質(zhì)含量不高的縣級(jí)污水處理廠而言，低成本的非離子聚丙烯酰胺Mannich變性產(chǎn)品是適用的。
3、丙烯酰胺微乳液聚合技能發(fā)展
水溶性單體的聚合分為水溶液聚合、反相乳液聚合和反相微乳液聚合，水溶性單體包含（甲基）丙烯酰胺、（甲基）丙烯酸、（甲基）丙烯酸二甲胺基乙酯、（甲基）丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、AMPS、二甲基二烯丙基氯化銨等。我國(guó)首要采用水溶液聚合技能，產(chǎn)品以干粉形式供應(yīng)。反相乳液聚合是六十年代開展起來(lái)的一種新式乳液聚合技能，八十年代取得了較大發(fā)展，其間聚丙烯酰胺膠乳系列產(chǎn)品已取得大規(guī)劃工業(yè)化出產(chǎn)。反相微乳液聚合的研討始于八十年代，法國(guó)科學(xué)家Francoise Candau在該范疇進(jìn)行了行之有效的研討。我國(guó)天津大學(xué)哈潤(rùn)華等也對(duì)微乳液聚合的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研討，現(xiàn)在微乳液聚合的研討首要會(huì)集在微乳液的結(jié)構(gòu)和丙烯酰胺的反相微乳液聚合機(jī)理上，業(yè)已取得的成果為：
（1）微乳液的結(jié)構(gòu)和特性
現(xiàn)在對(duì)微乳液結(jié)構(gòu)的知道依然存在著許多不同的觀念，如Candau F的雙接連相模型、Friberg的增溶膠束模型、Scriven的三維周期性網(wǎng)絡(luò)模型、Lindman 的界面松散態(tài)聚集體模型等，許多模型都能解說(shuō)微乳液的某些性質(zhì)，但都存在必定的缺點(diǎn)。但對(duì)以下定論是認(rèn)同的，即微乳液是一種各向同性的熱力學(xué)安穩(wěn)系統(tǒng)但它是分子異相系統(tǒng)，水相和油相在亞微觀水平上是別離的，并顯示出各自的特性。微乳液的液滴直徑為8-80nm， 因而是通明或半通明的，有利于進(jìn)行光化學(xué)聚合。
正相微乳液只有在較高的表面活性劑／單體份額下在很窄的表面活性劑濃度范圍內(nèi)才能構(gòu)成并且一般需求運(yùn)用助乳化劑；而反相微乳液則較易構(gòu)成，因?yàn)闃O性單體在系統(tǒng)中往往充當(dāng)助乳化劑，因而丙烯酰胺的反相微乳液聚合更易取得工業(yè)化出產(chǎn)。
（2）丙烯酰胺的反相微乳液聚合
Candau F首先以甲苯為油相，琥珀酸雙（2-乙基己酯）磺酸鈉為乳化劑制備了丙烯酰胺反相微乳液，并用AIBN和過(guò)硫酸鉀兩種不同的引發(fā)劑引發(fā)AAm聚合， 建立了反響動(dòng)力學(xué)模型，其后又將Beerbower-Hill提出的內(nèi)聚能比觀念推行使用于微乳液系統(tǒng)的乳化劑挑選上，取得了較好作用。
微乳液聚合具有較快的聚合速率，一般在100min內(nèi)轉(zhuǎn)化率可達(dá)90％以上，在反響初的幾分鐘內(nèi)聚合速率就達(dá)到一個(gè)較大值，隨后，一般在聚合轉(zhuǎn)化率為20-30％時(shí)，聚合速率開端下降。在二階段中，聚合速率下降的趨勢(shì)在某一轉(zhuǎn)化率處變緩，而這個(gè)轉(zhuǎn)化率的值隨反響溫度的升高而添加。
微乳液聚合的分子量與引發(fā)劑濃度的關(guān)系不大，聚合后系統(tǒng)含有兩類粒子，一類是直徑小于50nm的聚合物乳膠粒，另一種是直徑在3nm左右的AOT膠束，乳膠粒中的聚合物分子數(shù)很少（1-17條），分子量很高（106-107）。
聚丙烯酰胺微膠乳的有用組成技能要想取得工業(yè)化出產(chǎn)，需求處理以下幾個(gè)問(wèn)題：一是一般以為反相微膠乳聚合物的分子量不會(huì)太高，應(yīng)研討怎么進(jìn)步微膠乳分子量的問(wèn) 題，第二是微乳液聚合的乳化劑濃度一般為很高，進(jìn)一步下降乳化劑濃度有利于下降出產(chǎn)成本，第三是乳化劑的挑選多是經(jīng)歷或半經(jīng)歷的，應(yīng)研討怎么有意圖的挑選或組成切當(dāng)結(jié)構(gòu)的乳化劑的問(wèn)題。
4、絮凝與污泥調(diào)質(zhì)處理
絮凝是經(jīng)過(guò)有機(jī)高分子絮凝劑對(duì)懸浮液（或膠體）中細(xì)微顆粒的電中和和吸附架橋使其脫穩(wěn)的進(jìn)程，有機(jī)高分子絮凝劑需求具有較高的相對(duì)分子量和線性結(jié)構(gòu)以及適度的電荷密度，其分子結(jié)構(gòu)、離子形態(tài)、強(qiáng)度和散布、分子量和散布及支化程度等都會(huì)對(duì)絮凝作用產(chǎn)生影響，針對(duì)給定懸浮液特色組成切當(dāng)結(jié)構(gòu)的絮凝劑，使絮凝劑產(chǎn)品構(gòu)成系列化是科研工作者共同的任務(wù)。
城市污水處理廠污泥脫水調(diào)質(zhì)處理是有機(jī)高分子絮凝劑使用的重要方面，污泥分為生污泥（初沉污泥和剩下污泥）和消化污泥，應(yīng)根據(jù)污泥的品種和性質(zhì)挑選有機(jī)高分子絮凝劑。污泥中VSS/SS（SS中有機(jī)物份額）較高時(shí)，應(yīng)盡量選用陽(yáng)離子度高的絮凝劑，并添加絮凝劑投加量；污泥中SS濃度高時(shí)，應(yīng)選用高分子量的絮凝劑，SS濃度低時(shí)，可選用分子量較低的絮凝劑；污泥PH高時(shí)（消化污泥），應(yīng)選用官能團(tuán)為季銨鹽結(jié)構(gòu)的絮凝劑，pH低時(shí)，叔胺和季銨鹽結(jié)構(gòu)的絮凝劑均可運(yùn)用。
5、咱們的工作
重點(diǎn)科技攻關(guān)和山東省重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，其間超高分子量聚丙烯酰胺干粉產(chǎn)品分子量達(dá)到2500萬(wàn)，水溶時(shí)刻為30分鐘。近年來(lái)咱們對(duì)丙烯酰胺類水溶性單體反相乳液聚合和微乳液聚合進(jìn)行了深入研討，提出了水溶性單體反相準(zhǔn)微乳液聚合新工藝，該工藝具有乳液聚合的特色，即產(chǎn)品分子量高和乳化劑含量低，同時(shí)兼有微乳液聚合的特色，即聚合速度快和產(chǎn)品高度安穩(wěn)。并且上實(shí)現(xiàn)聚丙烯酰胺微膠乳工業(yè)化出產(chǎn)，因?yàn)椴捎昧讼冗M(jìn)獨(dú)體的聚合技能，微膠乳產(chǎn)品具有很高的分子量和極窄的分子量散布、極快的溶解速度和無(wú)不溶物的特色。聚丙烯酰胺微膠乳產(chǎn)品首要技能指標(biāo)如下：
產(chǎn)品外觀：通明或半通明微膠乳 固含量≥30％ 分子量：800-1500萬(wàn)
水溶時(shí)刻：3分鐘 乳化劑含量≤12％（以丙烯酰胺計(jì)）。
該產(chǎn)品用于鋼廠轉(zhuǎn)爐廢水、造紙白水、泥沙水等廢水處理時(shí)，其作用優(yōu)于進(jìn)口高分子量聚丙烯酰胺干粉，在使用于鋁、錳、鈦、銅等金屬的濕法冶煉進(jìn)程中的漿液別離時(shí)，其作用顯著優(yōu)于干粉產(chǎn)品，可進(jìn)步清液的弄清度，進(jìn)步產(chǎn)品的質(zhì)量。
聚丙烯酰胺微膠乳可進(jìn)行類似溶液中的化學(xué)反響，能夠方便的進(jìn)行Mannich 反響、磺甲基化反響和疏水化改性等，咱們組成了一種陽(yáng)離子官能團(tuán)化試劑，對(duì)聚丙烯酰胺微膠乳進(jìn)行后功化反響制備了一種高性能陽(yáng)離子聚丙烯酰胺微膠乳，其出產(chǎn)成本不到現(xiàn)行陽(yáng)離子聚丙烯酰胺干粉產(chǎn)品的一半，產(chǎn)品首要性能指標(biāo)
如下：
產(chǎn)品外觀：通明微膠乳 固含量：35-45％ 分子量：800-1500萬(wàn)
陽(yáng)離子度：30-50％ 水溶時(shí)刻：3分鐘
該產(chǎn)品在多座污水處理廠污泥脫水工藝上進(jìn)行了運(yùn)用，證明作用杰出。其間濟(jì)南市水質(zhì)凈化一廠在進(jìn)口帶式壓濾機(jī)（二米帶寬）上進(jìn)行污泥脫水，定論如下：“藥劑配比0.15%，供泥量75%，脫水后泥餅含水率75%以下，作用非常明顯，屬質(zhì)量?jī)?yōu)良”。
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