净水处理剂-改性聚丙烯酰胺（二）

2.4.4均聚后水解工艺

均聚后水解工艺的过程是先均聚成非离子PAM,在造粒后加入氢氧化钠水解，最后通过干燥得到粉状PAM产品。

该工艺采用复合催化体系，即氧化还原剂与热分解催化剂的复配，氧化还原剂起引发聚合反应的作用，整个反应基本上是一个绝热过程。聚合反应结束后产生的胶体经切割后送入后水解器，将高温碱喷到胶粒上或直接加入碱粒，并保持水解温在80°C左右。

后水解工艺虽然能生产出相对分子质量达2000万左右的聚合物，但分子质量分布较宽，且存在水解度不均匀、水不溶物高的问题。另外其工艺流程长、使用设备多、能耗也高，因此生产成本较高。

目前对于生产阳离子聚合物，聚合方法基本上使用共聚和乳液聚合工艺，也有使用非离子PAM通过MANNICH反应使其变性生产阳离子聚合物的；对于阴离子聚合物，上述方法都可使用，但在国外通用的方法是共聚工艺，我国采用的方法主要是共水解及后水解工艺，这与我国缺少高纯聚合级丙烯酸单体有关。

丙烯酰胺溶于水中，常可加入其他水溶性单体如丙烯酸、丙烯酸酯等多种单体进行聚合。

引发剂可以选用过硫酸盐、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰等，此外还可以用热引发与辐射引发。用的水相为水或水与乙醇的混合物，常用的油相为4~15个碳的脂肪烃，取代脂肪烃、芳香烃、煤油、环己烷等，也可以是几种有机溶剂的混合物，合成反应需在氮气保护下进行。

分散剂可以选用盐类如高级脂肪酸、明胶、高聚物、滑石粉、硅藻土等。聚丙烯酰胺树脂的合成方法多种多样，往往根据不同的用途采取不同的方法。

2.5二元共聚

将顺酐、次氯酸钠与蒸馏水按配比加入反应器内后，再在升温和搅拌下在氮气保护下滴入引发剂与丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸进行共聚，反应在等温下进行，滴加时间为1h,再保温数小时，可得共聚物。丙烯酰胺溶于水中，常可加入其他水溶性单体如丙烯酸、丙烯酸醋等多种单体进行聚合。例如：将PAM与硫酸经胺在水中，溶解后于80°C下加热，控制反应初始pH值为8.5和10.2,经反应7h后pH值为1.4,制成含异羟肟酸的PAM。

用乙烯基单体和（甲基）丙烯酰胺共聚水解可制得改性聚丙烯酰胺。例如：把N,N'-二甲胺基丙基丙烯酰胺碳酸盐和丙烯酰胺共聚，水解制得两性离子型聚合物。使马铃薯淀粉100kg悬浮在44°C的150L水中，用碳酸钠0.5kg,氢氧化钠0.3kg混合，在50°C下搅拌2h,然后把淀粉滤出，水洗，调pH值为6.5,再过滤、干燥，最后与PAM20kg反应而得。

2.6纳米超高分子聚丙烯酰胺

用辐射合成法可以制备聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸/聚丙烯酰胺颗米复合材料，加入适量的OH自由基清除剂（异丙醇等）可使纳米粉末更均匀，粒径更小，产率更高。利用辐射合成法制备的纳米复合材料，分散相不仅可以是金属粒子，还可以是金属氧化物、硫化物等。

利用W/0型微乳体系可以制备有机聚丙烯酰胺颗粒。在20mLAOT-正己烷溶液中加入0.1mLN,1ST-甲基双丙烯酰胺（2mg/mL)和丙烯酰胺8mg/mL的混合物，加入过硫酸铵作为引发剂，在氮气保护下聚合，所得产物单分散性较好。

微乳液技术分为两类。一是正相微乳液。二是反应微乳液。如正相法生产的PAAM等。反应微乳液用于生产无机纳米粒子等。通过调节乳化剂与水的配比来控制粒径的大小。所获得的粒径均匀。且不团聚。它包括各种零维的原子团族和纳米微粒;一维调制的纳米多层膜；二维调制的纳米颗粒膜（涂层）；三维调制的纳米相材料，在纳米材料中，界面原子占了极大的比例，界面周围的晶格原子结构互不相关，构成了与晶态和非晶态不同的一种新的结构形态，使其具有独特的性能。

3实际用途

在工业用水和污水处理中，首先对原水进行处理，常使用PAM和无机凝聚剂配合物，由此大大降低无机凝聚剂用量，避免无机凝聚物用量大而堵塞和腐蚀设备，并防止结垢。使用37.5份分子量1000000以下的PAM与50份三聚磷酸钠组成阻垢剂，可使严重结垢的换热器基本不结垢。

PAM分子内的酰胺基可与许多物质亲和形成氢键，高分子PAM是能吸附微粒的官能团的线状高分子化合物，它像一条长绳似地将一些微粒吸附在一起形成团絮状，也可加速微粒沉降。高分子PAM能在被吸附的粒子间形成"桥联"，其长碳链起架桥作用，可通过化学转化或共聚转变成完整絮凝剂体系，促进团絮生成，加速微粒沉降，由此使它成为当代最重要、最理想的絮凝剂，也是在我国使用量最大的一种高分子絮凝剂。PAM与其他无机絮凝剂相比，品种多，规格齐全，可满足不同废水处理的使用要求，其用量少，沉降速度大，生成泥渣少，后处理简单。

另外，PAM因具有极性基因、酰胺基易于借氢键吸附各类氯化物颗粒，因此，PAM可在中和除锌的污泥脱水得到应用，应用时一般应配成36%左右浓度。但是，在实际应用中，往往出现PAM失效的现象，这是因为随着PAM溶液浓度的降低、水解度增大，稳定性降低。因此在配制PAM时，加碱量一般为聚丙烯酰胺的1/25~1/5,10%浓度的PAM溶液，一般存放时间不应超过3个月；1%浓度时，存放时间为7天，更低的浓度应随用随稀释。

阳离子型适用于pH值C的酸性、中性有机质、胶体等带负电荷的污水。如城市污水、油漆工业和食品工业废水。

阴离子型适用于pH值为5~7的碱性、中性污水特别是含有金属氢氧化物的带正电荷的各类污水，如钢铁、煤矿、电镀、机械加工等行业的工业废水。

有机絮凝剂可分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性型。由于含油污水中的油珠带有负电荷，因此，油田常用的含油污水絮凝剂主要是阳离子型。有机絮凝剂的絮凝效率明显优于无机絮凝剂，但价格较高，其絮凝效果与相对分子质量、相对分子质量分布、分子结构、官能团、水溶性、聚合方式等因素有关。季铵盐型阳离子高分子聚丙烯酰胺类絮凝剂由于阳离子电荷密度大，絮凝效果好，而且还有一定的杀菌作用，因此在油田含油污水处理中得到了广泛的应用。

目前应用于水处理中的高分子絮凝剂，大多数是高聚合度的水溶性有机高分子聚合物或共聚物，分子中含有许多能与胶粒和细微悬浮物表面上某些点位发生作用的活性基团，相对分子质量在数十万至数百万。

在水处理中大量使用天然高分子改性阳离子型絮凝剂。由于天然高分子物质具有相对分子质量分布广、活性基团多、结构多样化等特点，易于制成性能优良的絮凝剂。

甲壳素与壳聚糖是很好的阳离子絮凝剂，能特别有效地除去水中的有害物质，如对汞、铅、锌、铜、铬、钚、铀等金属离子的脱除能力已得到证实，将高分子聚丙烯酰胺接枝在壳聚糖上后，可以发挥更为优良的絮凝作用。

PAM在水处理中用做絮凝剂、污泥脱水剂、助滤剂，主要用于：①在原水处理中与活性炭配合使用，用于水的澄清，以得到符合要求的生活水源和工业水源。②在污水达标处理中用做污泥脱水剂，以减少对环境的污染。③在工业废水处理中用做配方药剂，以提高水的重复利用率。PAM作为有机絮凝剂其絮凝效果要优于铝系无机絮凝剂，虽其价格较高，但其吨水用量很小，体现在水处理成本上比无机絮凝剂低。PAM已开始应用于上海、北京、江苏等各大城市供水和污水处理，钢铁、石化、化工、造纸、印染、制糖、彩管、味精、煤矿、建材等行业的水处理。

4市场展望

目前水处理化学品市场在专用化学品中份额很小，仅占1%~2%,市场值约为50亿美元，但这一市场在工业发达国家较成熟，特别是美国，其市场值已达28亿美元，年平均增幅为2.5%;西欧市场值为8亿美元，年平均增幅为2.7%,曰本水处理化学品市场值为7亿美元，年平均增幅为2.2%。随着全球经济一体化进程加快，发展中国家水处理化学品市场也正在不断壮大。据有关机构研究称，全世界水处理化学品市场年平均增速为4%~5%，其中东南亚、中国和拉美市场增幅为7%~8%。

水处理化学品在不同领域的需求及增长情况也各有不同。在发达国家，随着污水排放要求日趋严格，污水处理用化学品需求将有新的增长空间。全球污水处理化学品市场年增速约为7%。

随着中国城市化进程的加快，水处理化学品市场将不断发展从而走向成熟。2005年，人口超过50万的城市污水处理率至少要达到60%,人口达20万的城镇污水处理率也要实现40%以上，可见中国水处理化学品市场拥有巨大的空间。