聚丙烯酰胺类絮凝剂聚合工艺研究进展

第1期(总第70期)黎明职业大学学报No.12011年3月JournalofLimingVocationalUniversityMar.2011收稿日期:2010－09－18作者简介:李大刚(1983－)，男(汉)，安徽合肥人，黎明职业大学轻纺工程系助教，硕士，主要从事精细化学品方面的研究。基金项目:黎明职业大学科研课题(LZ2011104)聚丙烯酰胺类絮凝剂聚合工艺研究进展李大刚李云龙张青海陈汝盼(黎明职业大学轻纺工程系福建泉州362000)摘要:综述聚丙烯酰胺类(PAM)絮凝剂的合成工艺包括水溶液聚合法、乳液聚合法、辐射聚合法、光引发聚合法、沉淀聚合、悬浮聚合、等离子体引发聚合。分析各聚合技术的优势与不足，探讨PAM絮凝剂今后的发展趋势。关键词:聚丙烯酰胺;絮凝剂;聚合工艺中图分类号:TQ314.24文献标识码:A文章编号:1008－8075(2011)01－0031－05聚丙烯酰胺(Polyacrylamide，PAM)是全球消费量较大、应用较广泛的合成类水溶性高分子化合物，广泛应用于水处理、选矿、石油开采、造纸、纺织、医药等行业。在选矿和污水处理方面PAM主要用作絮凝剂，高分子量的PAM可在被吸附的粒子之间形成“桥联”，使悬浮颗粒生成絮团并在外力的作用下加速下沉，其絮凝效果远远优于无机絮凝剂〔1－3〕。将PAM作为絮凝剂使用时，除了要求分子量大、溶解速度快，还要求合成工艺易操作以降低成本消耗，因此对PAM絮凝剂的合成工艺的研究越来越受到重视。目前，工业上制备PAM絮凝剂的工艺主要有水溶液聚合法、乳液聚合法、辐射聚合法、光引发聚合法等，在此总结这些聚合工艺的研究现状，并探讨今后研究工作的趋势。1PAM类絮凝剂的聚合机理尽管聚合方式不同，但几乎所有的PAM产品都是由丙烯酰胺(Acrylamide，AM)单体通过自由基均聚或者共聚形成。产品按照物理形态可划分为固体粉末、水溶液、凝胶和乳液4种形式;按离子形式可分为非离子型、阴离子型、阳离子型和复合离子型4种类型。均聚产物主要是非离子型PAM，离子型PAM则主要是由共聚或者水解反应生成。图1示出PAM均聚物的形成反应过程。图1PAM均聚物的合成AM单体在不同引发体系中通过自由基均聚合成非离子型PAM。图2示出AM与其他单体共聚的形成反应过程。黎明职业大学学报2011年3月加入不同的聚合物单体进行自由基共聚形成离子型PAM，产品主要有阳离子型如图2(a)、阴离子型如图2(b)、两性离子型。阴离子型共聚物还可通过水解反应获得。图3示出水解物的形成反应。图3PAM水解物的形成非离子型的PAM在碱的作用下进行水解反应得到阴离子型聚合物。PAM的自由基聚合符合连锁聚合反应的一般规律，由链引发、链增长和链终止等基元反应组成。链引发反应是形成单体自由基活性中心的反应;链增长反应是链引发阶段形成的单体自由基作用于体系中单体，形成新的链自由基，并继续与其他的单体结合生成单元数更多的链自由基。此过程增长速率极快，体系温度急剧上升;链终止的方式主要有偶合终止和歧化终止，偶合终止的结果为聚合物的聚合度是2个链自由基重复单元数之和，而歧化终止的聚合度与链自由基的重复单元数相同。2PAM类絮凝剂的聚合工艺2.1水溶液聚合水溶液聚合法是合成PAM的传统工艺，该方法也是目前国内外使用较广泛的一种方法。将单体AM或与其他的共聚单体(如:丙烯酸钠，阳离子单体等)以一定浓度溶解于水中，形成均相的水溶液，在引发剂的作用下进行聚合，将产物通过捏合、干燥、粉碎等步骤处理得到粉状的PAM聚合物。该方法具有安全性高、工艺设备简单、投入成本较低、环境污染小等优点;主要存在的缺点是聚合热不易移除、引发剂导致产品分子量较低、反应后处理较麻烦等。张贞浴、李福绵等〔4〕合成了一种包含了叔氨基丙烯酰类的功能性单体，通过这种能自身聚合的单体与过硫酸钾等引发剂复合成为氧化－还原引发体系引发AM聚合，生成接枝聚合物，聚合物PAM的相对粘均分子量可以达到2×107。王贵江等〔5〕组成了一类由过硫酸钾、氨水、尿素、偶氮二(2，2－脒基丙烷)盐酸盐以及功能性单体所构成的低温复合引发体系，实验室中合成的PAM粘均分子量可达到3.5×107，工业上仍可达到3.1×107以上。李柏林等〔6〕重组了一种新型复合引发体系，合成了分子量高达3.3×107的高分子量PAM产品。PierreLebreton等〔7〕用含氟的双偶氮类衍生物作引发剂成功地合成了两段和三段的聚丙烯酰胺嵌段共聚物。Dionne〔8〕则通过预聚合的方式以过硫酸钾作引发剂合成了PAM。高华星、姚重华〔9〕等用二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、AA和AM进行三元共聚，采用K2S2O8/NaHSO3与2，2－偶氮－双(2，2－脒基丙烷)盐酸盐复合体系作为引发剂，比起采用单一的引发剂，复合引发体