聚丙烯酰胺的应用

发布日期:2014-10-09 14:13:23
聚丙烯酰胺的应用
聚丙烯酰胺的应用,聚丙烯酰胺(PAM)是丙烯酰胺均聚物或与其 他单体共聚而得聚合物的统称,是水溶性高分子中 应用最广泛的品种之一。由于聚丙烯酰胺结构单元 中含有酰胺基、易形成氢键、使其具有良好的水溶 性和很高的化学活性,易通过接枝或交联得到支链 或网状结构的多种改性物,在石油开采、水处理、纺 织、造纸、选矿、医药、农业等行业中具有广泛的应 用,有‘百业助剂”之称。国外主要应用领域为水处 理、造纸、矿山、冶金等;国内目前用量最大的是采 油领域,用量增长最快的是水处理领域和造纸领域。
1聚丙烯酰胺应用领域
1.1用作絮凝剂在水处理方面的应用
水处理包括原水处理、污水处理和工业水处理 等。在原水处理中与活性炭等配合使用,聚丙烯酰胺的应用,可用于生 活水中悬浮颗粒的凝聚、澄清。用有机絮凝剂丙烯 酰胺代替无机絮凝剂,即使不改造沉降池,净水能 力也可提高20%以上;在污水处理中,采用聚丙烯 酰胺可以增加水回用循环的使用率,还可用作污泥 脱水;工业水处理中用作一种重要的配方药剂。聚 丙烯酰胺在国外应用最大的领域是水处理,国内在 此领域的应用正在推广。聚丙烯酰胺在水处理中的 主要作用[1]:
(1)减少絮凝剂的用量。在达到同等水质的前 提下,聚丙烯酰胺作为助凝剂与其它絮凝剂配合使 用,可以大大降低絮凝剂的使用量;在达到同等水 质的前提下,聚丙烯酰胺作为助凝剂与其它絮凝剂 配合使用,可以大大降低絮凝剂的使用量;(2)改善 高絮体强度与沉降速度。聚丙烯酰胺形成的絮体强 度高,沉降性能好,从而提高固液分离速度,有利于 污泥脱水;(4)循环冷却系统的防腐与防垢。聚丙烯 酰胺的使用可大大减少无机絮凝剂的用量,从而避 免无机物质在设备表面的沉积,减缓设备的腐蚀与 结垢。
1.2采油中的应用
聚丙烯酰胺是一类多功能的油田化学处理剂, 广泛用于石油开采的钻井、固井、完井、修井、压裂、 酸化、注水、堵水调剖、三次采油作业过程中,特别 是在钻井、堵水调剖和三次采油领域[1]。聚丙烯酰胺 水溶液具有较高的粘度,有较好的增稠、絮凝和流 变调节作用,在石油开采中用作驱油剂和钻井泥浆 调节剂。在石油开采的中后期,为提高原油采收率, 我国目前主要推广聚合物驱油和三元复合驱油技 术。通过注入聚丙烯酰胺水溶液,改善油水流速比, 使采出物中原油含量提高。在三次采油中加入聚丙 烯酰胺,可增加驱油能力,避免击穿油层,提高油床 开采收率。中国石油工业是聚丙烯酰胺的最大用 户,聚丙烯酰胺的科技进步促进了中国石油工业的 发展,石油工业的需求又加速了聚丙烯酰胺的科技 创新步伐与行业的发展。
1.3造纸领域的应用[2]
聚丙烯酰胺在造纸领域广泛用作助留剂、助滤 剂、均度剂等以提高纸张的质量、料浆脱水性能、细 小纤维及填料的留着率,减少原材料消耗及对环境 的污染,用作分散剂,可改善纸的均匀度。聚丙烯酰 胺在造纸工业中主要应用在两个方面,一是提高填 水质。在饮用水处理与工业废水处理中,聚丙烯酰胺与无机絮凝剂配合使用,可明显改善水质;聚丙烯酰胺可有效改善土壤结构, 使土壤大团
聚体数目增加,bbo必博_bbo必博官网_bbo必博娱乐:增大土壤表面粗糙度,降低土壤容
重,使土壤总孔隙率和毛管孔隙度上升,进而使土 © 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
料、颜料等的存留率以降低原材料的流失和对环境 的污染;二是提高纸张的强度。在纸料中加入聚丙 烯酰胺,能提高细小纤维和填料粒子在网上的留着 率,加速纸料的脱水。聚丙烯酰胺的作用机理是浆 料中的颗粒靠电中和或架桥而絮凝得以在滤布上 保留下来。絮块的形成也能使浆料中的水更易滤 出,减少了纤维在白水中的流失量,减少环境污染, 又有利于提高过滤和沉淀等设备的效率。
聚丙烯酰胺在造纸工业中主要用作增强剂、助 留助滤剂。(1)聚丙烯酰胺用作助留助滤剂。聚丙烯 酰胺及其改性物是目前最常用的助留助滤剂。作为 助流剂使用的主要是阴离子聚丙烯酰胺,这类助留 剂可直接与纤维和填料形成静电吸附使之留着,同 时亦可通过桥联作用与纤维结合。高相对分子质量 的阴离子聚丙烯酰胺作为助留剂有更好的效果而 在造纸中得到更广泛的应用。(2)聚丙烯酰胺用作 增强剂。聚丙烯酰胺是一类优良的造纸增强剂,它 所带的酰胺基极易和浆料纤维素的羟基之间形成 的较多的氢键而是纸页得到增强。聚丙烯酰胺的应用,此外,聚丙烯酰 胺还应用于造纸生产的废水处理和纤维回收。
1.4医学领域的应用[3]
在医学上,聚丙烯酰胺凝胶可用作非凝血酶原 粒化剂,外科,隐形眼镜原料,微胶囊的外层包复 料,并用作制造高质量的止血拴,妇女卫生巾及小 儿尿布,在医学领域,均聚物凝胶用于非凝血酶原 料和药物的载体。交联的部分水解聚丙烯酰胺可用 于生化领域,粒度几百微米到几十微米的聚丙烯酰 胺可用于色谱填料(例如凝胶色谱柱填料),可有效 地分离细胞色素等球形蛋白质。并能进一步对蛋白 质脱盐、浓缩等。聚丙烯酰胺树脂经Mannich反应, 在酰胺基侧链上经亚甲基桥引入L-脯氨酸或L-羟 脯氨酸,在与铜离子配位,得到手性配体树脂,它对 一系列DL氨基酸进行有效拆分。经Hofmann降解 得到的聚乙烯胺树脂上手性氨基酸再与铜离子络 合,作为配体交换色谱的固定相,可对一系列氨基 酸进行拆分,对芳香氨基酸的拆分效果尤佳,由于 骨架的亲水性较强,大大缩短了拆分时间。
1.5 农业的应用
1.5.1对土壤物理性状的影响
壤颗粒和孔隙结构保持稳定,是土壤入渗率明显提 高,增加土壤含水量[4]。
1.5.2聚丙烯酰胺的防蚀功能研究
降雨发生时,雨滴撞击土壤表面,分散土粒,使 其发生移动而产生溅蚀,同时由于雨滴的撞击作 用,破坏表土结构,堵塞土壤孔隙,减少降雨入渗, 增加地表径流,经流汇集发生细沟侵蚀,使土壤的 流失量成倍,甚至10倍多的增大。通过维护土壤表 面的结构和增加团聚体的稳定性。抑制土壤结皮的 形成是增加降雨入渗的有效方法之一。
1.5.3 聚丙烯酰胺对作物生长的影响及环境效应 研究
聚丙烯酰胺在防止水土流失的过程中增加了 土壤保水性和保肥性,改良了土壤,改善了土壤的 通透性和抗旱能力,给作物的增产提供了条件[5]。施 用聚丙烯酰胺后,可以提高作物出苗率。聚丙烯酰 胺能有效的减少径流损失,特别是减少了吸附在土 壤上的杀虫剂的损失和地表磷元素流入河流和湖 泊的损失。从环境的角度来看,使用聚丙烯酰胺有 利于改善河水质量。
1.6其他领域的应用 1.6.1采矿、洗煤领域
采用聚丙烯酰胺作絮凝剂可促进采矿、洗煤回 收水中的固体物沉降,使水澄清,聚丙烯酰胺的应用,同时可回收有用的 固体颗粒,并避免对环境造成污染。随着采煤的机械 化程度提高,微细粒煤含量占有的比重越来越大,其 中一部分在洗选过程中造成恶性循环,要实现清水 洗煤,就必须加速煤泥水中的细粒煤的沉降,及时回 收系统中的细粒煤泥,确保低的循环水浓度。
聚丙烯酰胺是一种高效的有机高分子絮凝剂, 它常与无机凝聚剂复配用于选煤厂的煤泥水处理。 在选煤厂中,其主要用于:(1)在煤泥水深度净化浓 缩机中,添加聚丙烯酰胺絮凝剂,加速煤泥的沉降, 降低溢流水浓度。(2)在真空过滤机或压滤机中,添 加聚丙烯酰胺絮凝剂,改善滤饼结构,降低滤饼水 分,提高过滤速度。
1.6.2纺织、印染工业中的应用聚丙烯酰胺代替淀粉和明胶用作纤维的浆料,可使纤维有极好的梳棉性,并明显地降低浆料的消耗量。共聚物含有一定量醋酸乙烯基团,可作纤维精整剂,使纤维表面很快形成吸水薄层,共聚物所含的轻甲基基团可与纤维素中羧基基团形成交联的高分子网络结构,从而提高纤维的弹性及抗断裂 性。聚丙烯酰胺还可用作上浆剂、织物整理剂等。利 用其吸湿性强的特点,能减少纺细纱时的断线率。 1.6.3制糖业的应用
聚丙烯酰胺可加速蔗汁中细粒子的下沉,促进 过滤和提高滤液清澈度。
1.6.4在建材工业中的应用
聚丙烯酰胺可用作涂料增稠分散剂、锯石板材 冷却剂以及陶瓷粘接剂等。
此外,聚丙烯酰胺还广泛应用于陶瓷、化肥、油 漆、涂料等行业。
2聚丙烯酰胺应用及消费现状
目前世界上聚丙烯酰胺的总生产能力约为55 万t/a,总产量约为50万t/a,美国、日本、欧洲是聚 丙烯酰胺的主要生产国家和地区,其生产能力约占 世界总生产能力的75%[6]。各国聚丙烯酰胺的消费 结构有所不同,美国和西欧主要用于水处理,在造 纸方面应用所占比例相对较小,而日本则主要用于 造纸工业。美国聚丙烯酰胺的消费结构为[7]:水处理 占60%,造纸占25%,矿山占11%,其它占4%;日本 聚丙烯酰胺的消费结构为:水处理占45%,造纸占 32%,矿山占8%,石油占12%,其它占3%;西欧聚 丙烯酰胺的消费结构为:水处理占29%,造纸占 56%,石油占11%,其它占4%。我国聚丙烯酰胺产 品的开发始于20世纪50年代末期,聚丙烯酰胺的应用,1962年上海天 原化工厂建成我国第一套聚丙烯酰胺生产装置,生 产水溶胶产品;随后吉化公司研究院、中科院广州 化学所也研制成功聚丙烯酰胺并投入生产。在我国聚丙烯酰胺最早用于矿物精选,而后在制糖、造纸、 钢铁、水处理等领域逐渐得到应用。目前我国聚丙 烯酰胺的应用领域主要集中在石油开采、水处理、 造纸、制糖、洗煤和冶金等领域,其消费结构为:油 田开采占81%,水处理占9%,造纸占5%,矿山占 2%,其它占3%。
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