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。而近十年來開展起來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高的缺點(diǎn)。
2、陽離子聚丙烯酰胺
陽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)陽離子聚丙烯酰胺需求高速添加，相信國內(nèi)陽離子聚丙烯酰胺將會(huì)在近幾年有一個(gè)較大的開展。
陽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。丙烯酰胺與陽離子單體共聚類陽離子聚合物產(chǎn)值較大，陽離子單體首要指（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，陽離子度0-100之間可調(diào)，粉狀陽離子聚丙烯酰胺簡(jiǎn)直悉數(shù)歸于此類結(jié)構(gòu)，我國用于污泥脫水的粉狀陽離子聚丙烯酰胺亦歸于此類，產(chǎn)品分子量400-600萬，陽離子度30-50%，其首要問題在于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?00-800萬分子量時(shí)2%濃度已很粘稠，這就給水溶液反響帶來困難，因?yàn)镻AM濃度很低，導(dǎo)致陽離子度一般不會(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，法國科學(xué)家Francoise Candau在該范疇進(jìn)行了行之有效的研討。我國天津大學(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 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)的乳化劑的問題。
4、絮凝與污泥調(diào)質(zhì)處理
絮凝是經(jīng)過有機(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，水溶時(shí)刻為30分鐘。近年來咱們對(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
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離子聚丙烯酰胺微膠乳，其出產(chǎn)成本不到現(xiàn)行陽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
陽離子度：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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