聚丙烯酰胺類絮凝劑製備的研究進展：

聚丙烯酰胺類絮凝劑製備的研究進展，綜述了幾類聚丙烯酰胺類絮凝劑製備的研宄進展，探討了它們在水處理中的應用現狀和未來的發展 趨勢，展望了聚丙烯酰胺類絮凝劑的發展方向和應用前景。

聚丙烯酰胺（PAM)是一類重要的水溶性高分 子聚合物，具有特殊的物理化學性質，易通過接枝或 交聯得到支鏈或網狀結構的多種改性物，廣泛地應 用於國民經濟各個行業。PAM為白色粉末，易溶於 水，難溶於苯、乙醚、丙酮等一般有機溶劑，無毒、無 腐蝕性，固體PAM有吸濕性。PAM分子可以引進 各種離子基團以得到特定的性能，高分子量的PAM 是重要的絮凝劑，對汙水中許多微團和溶解性物質 有良好的黏附力。是水處理工業中應用十分廣泛的 絮凝劑。

近年來，在中國工業取得高速發展的同時，環境 汙染也越來越嚴重，目前，國內汙水處理量大，對絮 凝劑的需求也非常大。筆者綜述了不同類型的 PAM的製備及其在汙水處理中的應用，探討了其發

展前景。

1聚丙烯酰胺製備的研究進展

單體丙烯酰胺化學性質非常活潑，在雙鍵及酰 胺基處可進行一係列的化學反應，采用不同的工藝， 導入不同的官能基團，可以得到不同電荷產品，如陰 離子、陽離子、非離子、兩性離子聚丙烯酰胺。按照 引發方式可分為熱引發聚合、光引發聚合、高能輻射 引發聚合、等離子引發聚合等[1-4];按照聚合實施方 法又可分為水溶液聚合法、反相懸浮聚合法、反相乳 液聚合法、反相微乳液聚合法等[5]。聚丙烯酰胺的 平均分子質量從數千到數百萬以上，在水中可大部 分電離，屬於高分子電解質。根據可離解基團的特 性分為陰離子型、陽離子型、兩性離子型和複合型 等。

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888电子游戏官网（CPAM )是線型高分子化合 物，它具有多種活潑的基團，可與許多物質親和、吸 附形成氫鍵。它主要用於絮凝帶負電荷的膠體，具 有除濁、脫色、吸附、黏合等功能，適用於染色、造紙、 食品、建築、冶金、選礦、煤粉、油田、水產加工與發酵 等行業有機膠體含量較高的廢水處理，特別適用於 城市汙水、城市汙泥、造紙汙泥及其他工業汙泥的脫 水處理。

CPAM作為聚丙烯酰胺的改性品種，在水處理 及造紙工業中顯示出許多獨特而優異的性能，加之 改型方法的多樣化可根據不同應用需求進行改性， 其研究及應用前景非常廣闊[6]。CPAM作為絮凝劑 可同時發揮電中和凝聚及架橋凝聚的雙重作用。

鄭懷禮等[7]根據曼尼奇反應，在適宜的溫度 下，加入引發劑，使丙烯酰胺單體與丙烯酰氧乙基三 甲基氯化銨陽離子單體發生自由基共聚反應，獲得 了888电子游戏官网高分子絮凝劑。得出了最優反 應條件：聚合溫度為35 °C，單體總質量分數為 20%，AM與DAC物質的量比為6: 1複合引發劑質 量分數為0 08%，pH為7増溶劑質量分數為2%， 通入氮氣時間為15 m in反應時間為5 1。在上述反 應條件下合成了溶解性好、綜合成本低、絮凝效果 好、相對分子質量達3 00x 106的聚丙烯酰胺產物。

盧紅霞等[8]研究了氧化還原引發劑質量分數、 偶氮類引發劑質量分數、陽離子度等因素對所製備 的888电子游戏官网特性黏數的影響，探討了！H、 888电子游戏官网特性黏數、陽離子度、用量等因素 對汙泥絮凝性能的影響。在汙泥pH = 6 a陽離子 聚丙烯酰胺特性黏數為11 9 dL/g陽離子度為 40%、質量分數為0 027%的較佳絮凝條件下，汙水 的透光率達98 0%，絮凝率達66 0%，聚丙烯酰胺類絮凝劑製備的研究進展，脫水率達 701 0%。

惠泉[9]以丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲 基氯化銨為單體，通過反相乳液聚合法製備了絮凝 性能優異的888电子游戏官网反相膠乳。得到的較 佳條件:乳化劑質量分數7 3%，引發劑質量分數

0      02%、單體質量分數45%、陽離子度25%，在上述 較佳條件下所得聚合物的相對分子質量為 3 39 x106,粒子粒徑平均為70 nm;汙泥pH為5~ 6聚合物質量分數為0 057%的條件下汙泥的絮凝 率達62 2%，脫水率達82%。

CPAM還可以與多種有機或無機絮凝劑複合得 到高效複合淨水劑。因此近幾年來國內外許多科研 工作者對其表現出了極大的興趣。此外，對CPAM 的研究有趨向於功能化和低毒性等趨勢。高分子質 量和超高分子質量CPAM的開發和應用己有報道。 隨著社會的快速發展，用途廣泛的CPAM工業化開 發將有著更加廣闊的前景。

1     2陰離子聚丙烯酰胺的製備 的水溶性線型高分子聚合物，由於其一般以微顆粒 形式存在，故能完全快速溶於水中，不溶於任何有機 溶劑。APAM的合成路線有均聚後水解法、均聚共 水解法、共聚法、反相乳液聚合法、沉澱聚合法、輻射 聚合法等很多種，各有其不同的優缺點。製備過程 中的引發體係也可分為氧化-還原引發體係、偶氮 鹽引發體係及複合引發體係三大類反應體係等;采 用不同的引發體係，改變過程的工藝條件，可製備出 不同類型的APAM。

周華[10]在氧化-還原引發體係下，分別用均聚 共水解法和共聚法合成了相對分子質量超過 2 000萬的陰離子聚丙烯酰胺，將所得產品應用於 處理化工廢水，並與其他產品進行了對比，在PH = 7 0溫度為20 °C，用量為4mg/L時，濁度去除率達 到95 04%，CODcr去除率為86 32%。證明本產品 具有優異的性能，有一定的發展潛力。

洪衛等[11]研究了在再生紙汙泥脫水中用陰離 子聚丙烯酰胺代替888电子游戏官网的可能性。實 驗證明:經過改進，加入適量醚化劑，采用緩衝的方 法，用陰離子聚丙烯酰胺可以達到和陽離子聚丙烯 酰胺十分接近的效果，這樣可以大大節約成本，取得 較好的經濟效益。

APAM以其優異的性能和低廉的成本而得到了 廣泛應用。然而，目前汙水主要是中性到堿性的含 無機質多的懸濁液，並且水中的大多數懸浮物質是 帶有負電荷的，APAM處理效果並不是很好。因 此，汙水處理中有關APAM的使用並不是很多，對 它的研究將主要致力於研製分子質量更高、性能更 為優異的APAM，以拓展其在汙水處理中的應用。

1 3兩性離子聚丙烯酰胺

兩性離子聚丙烯酰胺（AmPAM)是指大分子鏈 上同時帶有陰、陽離子基團的高分子。而這類高分 子性質較為獨特，靜電相互作用既可為排斥力，也可 為吸引力，取決於分子鏈中陰、陽離子基團的相對數 目和溶液的！H，在溶液性質方麵具有明顯的反聚電 解質效應。AmPAM己廣泛應用於水處理劑、造紙 和新型油田高分子化學劑等領域。AmPAM是一類 具有特殊結構的水溶性高分子，與僅有一種電荷的 APAM或CPAM相比，不僅兼有二者的綜合性能，而 且有明顯的反聚電解質效應和PH適用範圍廣等特 點，在汙水處理方麵具有很大的應用潛力。在水處 理中具有用量小、絮凝速度快、產生汙泥含水率低等 優點。因此，近年來許多的科研工作者都致力於針對兩性聚丙烯酰胺製備過程中極 易發生的陰離子和陽離子不相容問題，利用陰離子 型聚丙烯酰胺進行曼尼奇反應，再對其進行季胺化， 製備了兩性聚丙烯酰胺。試驗表明，聚丙烯酰胺類絮凝劑製備的研究進展，在IH為2~ 12 的範圍內，兩性聚丙烯酰胺的絮凝效果沉降率都可 以達到90%以上，其絮凝性能明顯優於陰離子聚丙 烯酰胺，且比陰離子聚丙烯酰胺有著更廣泛的pH 適應性。

莊犠[13]以單體丙烯酰胺、陽離子單體甲基丙烯 酰氧乙烯三甲基氯化銨（DMC)、陰離子單體丙烯酸 (AA)，通過反相乳液聚合法，製得兩性聚丙烯酰胺 乳液。並進行聚合反應的單因素實驗和產品絮凝性 能的研究。實驗結果表明，當引發劑用量為0 6%, 單體用量為30%,油水質量比為1 4: 1單體物質 的量比 n(AM) : n(DMC) : n(AA) = 1:0 6: 0 3 聚合反應溫度為40 °C時，得到的產品綜合性能最 佳，且產品絮凝性能良好。

劉中衛[14]等針對兩性聚丙烯酰胺製備過程中 極易發生的陰離子和陽離子不相容問題，利用陰離 子型聚丙烯酰胺進行曼尼奇反應，再對其進行季胺 化，製備了兩性聚丙烯酰胺。發現碳酸二甲酯具有 最好的季胺化效果。當聚丙烯酰胺、甲醛和二甲胺 的反應物質的量比為1: 1 1: 1. 2反應溫度為45 °C， 反應時間為4 h最後用碳酸二甲酯季胺化，所得兩 性聚丙烯酰胺絮凝性能最佳。

國夕卜對AmPAM的研究和開發十分活躍，美國、 日本開發的AmPAM在技術和經濟上己具有工業價 值。中國對AmPAM的研究和開發盡管起步較晚， 但發展十分迅速。近年來有關AmPAM製備和應用 的研究見於報道的逐年増加。但大部分還處於實驗 室研究階段，而國外20世紀80年代就有AmPAM 產品投放市場，而且品種和產量在逐年増加。國內 的研究應該從合成路線和方法上改進AmPAM的製 備，以得到性能優越的AmPAM，此外，對AmPAM的 合成從機理上應該進行更深入的研究，找出產品優 良且易工業化的合成方法[15]。

1 4複合聚丙烯酰胺

汙水是一種複雜、穩定的分散體係，單一的絮 凝劑往往無法獲得滿意的處理效果，因此，近年來研 究人員開始研製複合絮凝劑。複合聚丙烯酰胺就是 近年來開發出的一種有機高分子絮凝劑，並且其種 類多、應用廣，在一定程度上滿足了需求。複合聚丙 烯酰胺一般是以聚合鋁或其他絮凝劑與聚丙烯酰胺

楊愛麗等[16]以聚合氯化鋁（PAC)與澱粉-丙 烯酰胺共聚物（S- g- PAM)為原料，製備新型無 機-天然有機高分子複合絮凝劑PACSAM，通過對 高嶺土懸濁液絮凝性能的測定，優化了合成工藝。 采用紅外譜圖（R)對產物結構進行表征，並通過 Al- Ferra逐時絡合比色法對PACSAM的生態安全 性進行研究。結果表明，PACSAM的最佳合成條件 為:A/S為（3: 1)~ (5: 1)，堿化度B為1 5反應溫 度50 °C，合成時間40 m n經PACSAM處理的出水 具有比PAC處理的出水更低的殘留鋁量。

方勇[17]以複鐵聚合氯化鋁（CF- PAC)、PAM 和殼聚糖（CTS)複合絮凝劑用於造紙廢水處理進行 了研究。結果發現，每升造紙廢水中投加2%改性 聚合氯化鋁為7 5mL，聚丙烯酰胺類絮凝劑製備的研究進展，0 1% (質量分數，下同）PAM 5mL，0 02%殼聚糖5mL，其COD與SS的去除率 分別可達51 2%與98 2%，每噸汙水的藥劑成本僅 為0 368元，與傳統絮凝劑氯化鋁與PAM相比，其 COD與SS去除率分別提高了 27. 7%和10 8%，每 噸汙水藥劑成本下降了 31 9%，具有明顯的經濟與 環境效益。

也有采用APAM與聚合氯化鋁鐵複合的，如劉 恒明[18]以聚合氯化鋁鐵為混凝劑、陰離子型聚丙烯 酰胺為助凝劑，采用混凝法處理丙烯腈-丁二烯- 苯乙烯樹脂（ABS)廢水（簡稱廢水），考察了聚合氯 化鋁鐵加入量、沉降時間、攪拌轉速、攪拌時間、廢水 PH和混凝溫度對廢水處理效果的影響。實驗結果 表明，在聚合氯化鋁鐵加入量50 mg/L陰離子型聚 丙烯酰胺加入量2mg/L廢水pH 6 0~ 8 (X快速攪 拌1m i、曼速攪拌6 m in沉降時間25 m in、昆凝溫 度20~ 25 °C的條件下，廢水的SS去除率達97%以 上，COD去除率達77%以上。

複合聚丙烯酰胺是一種高效環保的新型水處理 絮凝劑，相比單一的絮凝劑，其優勢是明顯的，極具 發展前景。目前將複合聚丙烯酰胺應用於實際工業 生產尚存在一定難度，其原因是對不同的汙水絮凝 條件差別較大，如何解決好這一問題成為其發展的 瓶頸。但複合聚丙烯酰胺的高性能低成本吸引著越 來越多的研究者從事這方麵的研究工作。

1 5其他類型聚丙烯酰胺

複合，從而製得新型高效能的絮凝劑。其他類型的聚丙烯酰胺，以提高汙水處理效果。如

近年來，開發和應用高性能，特別是能在高離子 強度環境中發揮功效的高分子水處理絮凝劑顯得尤 為迫切。單純的CPAM或者AmPAM有時很難滿足 工業水處理要求，所以近年來科研工作者開始尋求

苯環類中特殊疏水基團可較好地去除印染廢水中的 染料，陽離子絮凝劑中引入矽烷疏水基可提高其除 濁及脫色能力;也可采用一些天然產物，如澱粉、殼 聚糖等與丙烯酰胺接枝共聚，可製備出性能十分優 異的汙水絮凝劑。

如李剛輝等[19]以甲基丙烯酸十二氟庚酯（DF- MA)為共聚單體，與丙烯酰胺（AM )、甲基丙烯酰氧 乙基三甲基氯化銨（DMC)通過自由基膠束共聚法 製得氟碳改性888电子游戏官网FPAtt研究了 FPAD的溶液性能及其對造紙白水的絮凝效果。結 果表明，FPAD水溶液中存在強烈的分子間疏水締 合作用，並對造紙白水具有良好的絮凝效果。當添 加的質量分濃度為20mg/L、jH為6 0時，透光率 可達99%。

蔣翔等[20]以丙烯酰胺為單體，雙丙烯酰胺為交 聯劑，先製得交聯聚丙烯酰胺聚合物，再用氨基硫脲 對交聯聚丙烯酰胺進行功能化改性，反應製得以聚 丙烯酰胺為主鏈，側鏈帶螯合基團的改性氨基硫脲 樹脂。采用動態吸附法測定了該樹脂對幾種金屬離 子的吸附性能，發現該樹脂對銀、汞、鋅、鉛等離子均 有一定的吸附性能。

田澍[21]在N2保護下，以硝酸銨為引發劑，以殼 聚糖（CTS)和丙烯酰胺（AM)為單體，接枝共聚製得 殼聚糖/丙烯酰胺接枝共聚物。確定了最佳聚合條 件:反應溫度50 °C，聚丙烯酰胺類絮凝劑製備的研究進展，反應時間3 h m(CTS): m (AM ) = 1: 6引發劑濃度0 8 mmol/L。通過對廢 水的處理，考察了接枝共聚物在絮凝、COD去除、脫 色上的應用。結果表明，CAM具有較強的絮凝能 力，絮凝效果優於聚丙烯酰胺和殼聚糖，對COD的 去除率達90 1%，並具有較好的脫色效果。

劉曉燕[22]研究了以玉米澱粉和丙烯酰胺為原 料、過硫酸銨為引發劑，製備澱粉接枝聚丙烯酰胺聚 合物;在處理造紙廢水時，澱粉接枝聚丙烯酰胺聚合 物的絮凝效果優於聚丙烯酰胺的絮凝效果。當采用 A l( S〇4)3和澱粉接枝聚丙烯酰胺混合使用處理廢 水時，得出其絮凝效果優於澱粉接枝聚丙烯酰胺和 聚丙烯酰胺的絮凝效果。

采用不同的原料可製備出各種不同性能的聚丙 烯酰胺產品，以適應在不同環境下處理汙水的需要。 目前國內對聚丙烯酰胺產品的應用開發取得了很多 成果，其中天然產物，如殼聚糖、澱粉等與丙烯酰胺 的接枝共聚物因其絮凝效果好，二次汙染小，最具開 發潛力。但目前大多仍處於試驗研究階段，尚需做 増加和人們環保意識的提高，研究開發不同性能的 絮凝劑前景是非常廣闊的。

2展望

近年來，雖然研究人員在有機高分子絮凝劑的 應用方麵取得了很大的進展，但在許多方麵，特別是 對絮凝劑的合成、性能及應用關係的研究和促進產 品工業化方麵，還有待進一步提高。水處理行業約 占中國PAM總消費量的11%，發展潛力很大。中 國城市汙水處理率、工業水的重複利用率和工業廢 水處理率與發達國家相比差距很大[23]。因此，隨著 中國整體工業生產能力和技術水平的提高，PAM的 應用範圍將會日益擴大，用量也會逐步増加，PAM 在各領域的市場潛力也將逐步顯現。追求高效、廉 價、環保是PAM研製的目標，開發低殘留率的PAM 是當前的一個重要發展方向。汙水成分日趨複雜， 傳統的絮凝劑品種己不能滿足使用要求，降低生產 成本是開發新型PAM的當務之急。在理論和實踐 的雙重驅動下，複合型PAM和專用PAM的研究和 開發對環境保護和再生資源利用有重要意義。

中國環境保護和生態建設目前取得了很大成 績，但生態總體惡化的趨勢尚未根本扭轉，環境治理 的任務相當艱巨。預計到2030年，全國城市汙水總 排放量將超過800億m3,為保護城市水資源，應増 加汙水年處理率。否則，水質將繼續惡化直到完全 喪失使用功能[24]。隨著科學發展戰略的全麵實施 和人們生活水平的提高，人們越來越注重環保和生 活質量，汙水的處理也越來越受到人們的關注。聚丙烯酰胺類絮凝劑製備的研究進展，由 於中國汙水處理量大，對絮凝劑的需求也非常大，而 中國產品質量卻不高，大部分都需要進口，國外產品 高昂的價格限製了中國環境的健康發展。因此開發 出新技術，新工藝以及高效無毒、質量高、效果好、成 本低的產品，對於提高中國水處理能力具有十分現 實的意義。

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