聚丙烯酰胺(PAM)是一种线性聚合物,其产品主要分为干粉和胶体。按平均分子量可分为低分子量三类;按其结构可分为非离子型、阴离子型和阳离子型,阴离子型多为PAM水崩解(HPAM)。聚丙烯酰胺主链上有大量的酰胺基团,可以改性制备许多聚丙烯酰胺的衍生物,具有很高的化学活性,产品已广泛应用于造纸、选矿、采油、冶金、建材、污水处理等行业。
阴离子聚丙烯酰胺在中性和碱性介质中具有高分子电解质的特性,对盐类电解质敏感,能与高价金属离子交联形成不溶性凝胶。主要用于生活和生产用水、工业和城市污水处理,也可用于无机污泥脱水。阳离子聚丙烯酰胺水溶液是一种带正电荷的聚合物电解质,能有效凝聚悬浮的有机胶体和有机物,并能强化固液分离过程。因此主要用于水中悬浮物和悬浮物的絮凝沉淀,或有机污泥的脱水。非离子型聚丙烯酰胺的大分子链中不含离子基团,但酰胺基可以与许多物质产生氢键,如粘土、纤维素等,通过吸附桥联而缩合。水处理中,聚丙烯酰胺通常以白色粉末状颗粒使用,配制成0.1%~0.3%的水溶液,是一种均匀、透明、粘稠的溶液。溶解时,阴离子和阳离子聚合物需要搅拌1~1.5h,非离子聚合物需要搅拌2~3h。
聚丙烯酰胺的作用机理:一般认为聚丙烯酰胺的作用机理是吸附-电中和-架桥,但电中和不是主要机理。在絮凝过程中,当聚合物浓度较低时,吸附在一个颗粒表面的长链大分子可能同时吸附在另一个颗粒表面,两个或两个以上的颗粒会通过桥联连接在一起,从而导致絮凝。这就是聚合物絮凝的架桥机理。架桥的必要条件是粒子上有一个空白表面。如果溶液中聚合物浓度很高,颗粒表面被吸附的聚合物完全覆盖,颗粒就不会通过架桥而絮凝,此时聚合物就会起到保护作用。因此,高分子絮凝剂的用量存在一个合理范围。如果超过合理范围,絮凝效果会很差。
聚丙烯酰胺的应用:聚丙烯酰胺水凝胶在水中的溶胀性质在某一临界温度下随着湿度的轻微变化而突然变化,体积变化可达几十到上百倍。这一特性对于某些有机或生物物质的提取是有价值的,可应用于某些水溶液的浓缩,而无需使用高温。聚丙烯酰胺还可用于各种肉类、水果和蔬菜的清洁水净化以及果酒和啤酒的澄清,在制糖工业中可用作化学助剂。
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