阳离子聚丙烯酰胺微胶乳与污泥脱水

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1、阳离子聚丙烯酰胺微胶乳与污泥脱水　　简介：本文综述了聚丙烯酰胺剂型和阳离子聚丙烯酰胺合成方法，微乳液机理和聚合条件对聚合速率和产品分子量的影响，介绍了作者合成的聚丙烯酰胺微胶乳性能，并采用阳离子官能团反应后功能化工艺制备了阳离子聚合物，在废水处理和污泥脱水领域进行了初步应用。关键字：阳离子聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺反相微乳液聚合污泥脱水　　1　聚丙烯酰胺概述　　　　聚丙烯酰胺主要用于造纸工业、三次采油、水处理、固液分离、污泥脱水和体系增稠，随着聚合技术的发展，聚丙烯酰胺已由最初干粉发展成为现在的干粉、胶乳和微胶乳三种形式

2、。八十年代获得工业化生产的聚丙烯酰胺胶乳产品，其发展速度相当快，在欧美发达国家，其生产规模占已聚丙烯酰胺总量的70～80%。九十年代发展的聚丙烯酰胺微胶乳仍处于试验阶段，许多技术问题仍有待解决，近几年的研究极为活跃，可以预计在不久的将来聚丙烯酰胺微胶乳产品将实现工业化生产。　　我国为数众多的企业生产聚丙烯酰胺干粉，有些科研单位曾经试制过胶乳产品，但产品主要性能指标如固含量和稳定性方面与国外先进水平差距较大，难以与干粉产品竞争，而微胶乳产品则处于实验研究阶段。　　随着三次采油、废水处理和功能性造纸添加剂等行业的技术进

3、步，对聚丙烯酰胺的需求量大幅度增加。聚丙烯酰胺干粉产品具有生产技术简单且产品分子量高的特点，在使用过程中存在着溶解时间长和易受搅拌剪切降解，需配备专门的干粉溶解装置等弊端，且在生产和使用过程中易产生粉尘飞扬，危害操作者身体健康和对环境造成污染。胶乳产品具有溶解速度快和使用方便的特点，受到了用户的欢迎，但由于胶乳产品系聚丙烯酰胺微小胶粒悬浮在油相中的热力学不稳定物系，长期放置易发生分层现象。而近十年来发展起来的聚丙烯酰胺微胶乳是透明或半透明的油水双连续相体系，具有高度稳定性，但丙烯酰胺反相微乳液的形成条件严格，微胶乳

4、产品存在分子量较低和乳化剂含量过高的缺点。　　2　阳离子聚丙烯酰胺　　　　阳离子聚丙烯酰胺是近几年发展最快的品种，在西方发达国家其年增长率为5～10%，已占聚丙烯酰胺总产量的60%以上。我国的情况比较特殊，阴离子聚丙烯酰胺占总产量的90%以上，主要用于石油开采，阳离子聚丙烯酰胺产量很小而且生产企业规模也很小，几乎没有形成一定规模的生产装置。随着水处理行业的飞速发展，对阳离子聚丙烯酰胺需求高速增长，相信国内阳离子聚丙烯酰胺将会在近几年有一个较大的发展。　　阳离子聚丙烯酰胺主要包括以下三种：低分子量聚胺类、丙烯酰胺与阳

5、离子单体共聚类和非离子聚丙烯酰胺改性类。聚胺类包括聚乙烯亚胺、聚乙烯咪唑啉、胺—表氯醇缩合物及其改进产品，这类产品电荷密度高但分子量低，主要用于功能性造纸添加剂、石油开采和化妆品等行业，很少用于污泥脱水。丙烯酰胺与阳离子单体共聚类阳离子聚合物产量最大，阳离子单体主要指丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和二甲基二烯丙基氯化胺，其中P产品分子量较高，阳离子度0～100%之间可调，粉状阳离子聚丙烯酰胺几乎全部属于此类结构，我国用于污泥脱水的粉状阳离子聚丙烯酰胺亦属于此类，产品分子量400～600万，阳离子度30～50%，其主要问题

6、在于DMC需要进口，价格昂贵，导致生产成本较高。对于P而言，由于DMDAC单体空间位阻较大，聚合活性差，很难制备分子量和阳离子度都令人满意的产品，所以用于污泥脱水的不多，而且DMDAC吸水性极强，该类产品通常为液状。非离子聚丙烯酰胺的酰胺基可与多种试剂反应，其中与甲醛二甲胺反应可生成叔胺结构聚合物，进一步季胺化生成季胺盐。由于聚丙烯酰胺水溶液的粘度非常大，通常600～800万分子量时2%浓度已很粘稠，这就给水溶液反应带来困难，由于PAM浓度很低，导致阳离子度通常不会超过10%且残余甲醛浓度较高。对于污泥中有机质含量

7、不高的县级污水处理厂而言，低成本的非离子聚丙烯酰胺Mannich变性产品是适用的。　　3　丙烯酰胺微乳液聚合技术进展　　　　水溶性单体的聚合分为水溶液聚合、反相乳液聚合和反相微乳液聚合，水溶性单体包括丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸二甲胺基乙酯、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、AMPS、二甲基二烯丙基氯化铵等。我国主要采用水溶液聚合技术，产品以干粉形式供应。反相乳液聚合是六十年代发展起来的一种新型乳液聚合技术，八十年代取得了较大进展，其中聚丙烯酰胺胶乳系列产品已获得大规模工业化生产。反相微乳液聚合的研究始于八十年代，法国科学家F

8、rancoiseCandau在该领域进行了卓有成效的研究。我国天津大学哈润华等也对微乳液聚合的动力学进行了研究，目前微乳液聚合的研究主要集中在微乳液的结构和丙烯酰胺的反相微乳液聚合机理上，业已取得的成果为：　　微乳液的结构和特性　　目前对微乳液结构的认识仍然存在着许多不同的观点，如CandauF的双连续相模型、Friberg的增溶胶束模型、Scriven的三