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                聚丙烯酰胺的應用

                發布日期:2014-10-09 14:13:23
                聚丙烯酰胺的應用介紹
                聚丙烯酰胺的應用
                聚丙烯酰胺的應用,聚丙烯酰胺(PAM)是丙烯酰胺均聚物或與其 他單體共聚而得聚合物的統稱,是水溶性高分子中 應用最廣泛的品種之一。由于聚丙烯酰胺結構單元 中含有酰胺基、易形成氫鍵、使其具有良好的水溶 性和很高的化學活性,易通過接枝或交聯得到支鏈 或網狀結構的多種改性物,在石油開采、水處理、紡 織、造紙、選礦、醫藥、農業等行業中具有廣泛的應 用,有‘百業助劑”之稱。國外主要應用領域為水處 理、造紙、礦山、冶金等;國內目前用量最大的是采 油領域,用量增長最快的是水處理領域和造紙領域。
                1聚丙烯酰胺應用領域
                1.1用作絮凝劑在水處理方面的應用
                水處理包括原水處理、污水處理和工業水處理 等。在原水處理中與活性炭等配合使用,聚丙烯酰胺的應用,可用于生 活水中懸浮顆粒的凝聚、澄清。用有機絮凝劑丙烯 酰胺代替無機絮凝劑,即使不改造沉降池,凈水能 力也可提高20%以上;在污水處理中,采用聚丙烯 酰胺可以增加水回用循環的使用率,還可用作污泥 脫水;工業水處理中用作一種重要的配方藥劑。聚 丙烯酰胺在國外應用最大的領域是水處理,國內在 此領域的應用正在推廣。聚丙烯酰胺在水處理中的 主要作用[1]:
                (1)減少絮凝劑的用量。在達到同等水質的前 提下,聚丙烯酰胺作為助凝劑與其它絮凝劑配合使 用,可以大大降低絮凝劑的使用量;在達到同等水 質的前提下,聚丙烯酰胺作為助凝劑與其它絮凝劑 配合使用,可以大大降低絮凝劑的使用量;(2)改善 高絮體強度與沉降速度。聚丙烯酰胺形成的絮體強 度高,沉降性能好,從而提高固液分離速度,有利于 污泥脫水;(4)循環冷卻系統的防腐與防垢。聚丙烯 酰胺的使用可大大減少無機絮凝劑的用量,從而避 免無機物質在設備表面的沉積,減緩設備的腐蝕與 結垢。
                1.2采油中的應用
                聚丙烯酰胺是一類多功能的油田化學處理劑, 廣泛用于石油開采的鉆井、固井、完井、修井、壓裂、 酸化、注水、堵水調剖、三次采油作業過程中,特別 是在鉆井、堵水調剖和三次采油領域[1]。聚丙烯酰胺 水溶液具有較高的粘度,有較好的增稠、絮凝和流 變調節作用,在石油開采中用作驅油劑和鉆井泥漿 調節劑。在石油開采的中后期,為提高原油采收率, 我國目前主要推廣聚合物驅油和三元復合驅油技 術。通過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,可增加驅油能力,避免擊穿油層,提高油床 開采收率。中國石油工業是聚丙烯酰胺的最大用 戶,聚丙烯酰胺的科技進步促進了中國石油工業的 發展,石油工業的需求又加速了聚丙烯酰胺的科技 創新步伐與行業的發展。
                1.3造紙領域的應用[2]
                聚丙烯酰胺在造紙領域廣泛用作助留劑、助濾 劑、均度劑等以提高紙張的質量、料漿脫水性能、細 小纖維及填料的留著率,減少原材料消耗及對環境 的污染,用作分散劑,可改善紙的均勻度。聚丙烯酰 胺在造紙工業中主要應用在兩個方面,一是提高填 水質。在飲用水處理與工業廢水處理中,聚丙烯酰胺與無機絮凝劑配合使用,可明顯改善水質;聚丙烯酰胺可有效改善土壤結構, 使土壤大團
                聚體數目增加,增大土壤表面粗糙度,降低土壤容
                重,使土壤總孔隙率和毛管孔隙度上升,進而使土 © 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
                料、顏料等的存留率以降低原材料的流失和對環境 的污染;二是提高紙張的強度。在紙料中加入聚丙 烯酰胺,能提高細小纖維和填料粒子在網上的留著 率,加速紙料的脫水。聚丙烯酰胺的作用機理是漿 料中的顆??侩娭泻突蚣軜蚨跄靡栽跒V布上 保留下來。絮塊的形成也能使漿料中的水更易濾 出,減少了纖維在白水中的流失量,減少環境污染, 又有利于提高過濾和沉淀等設備的效率。
                聚丙烯酰胺在造紙工業中主要用作增強劑、助 留助濾劑。(1)聚丙烯酰胺用作助留助濾劑。聚丙烯 酰胺及其改性物是目前最常用的助留助濾劑。作為 助流劑使用的主要是陰離子聚丙烯酰胺,這類助留 劑可直接與纖維和填料形成靜電吸附使之留著,同 時亦可通過橋聯作用與纖維結合。高相對分子質量 的陰離子聚丙烯酰胺作為助留劑有更好的效果而 在造紙中得到更廣泛的應用。(2)聚丙烯酰胺用作 增強劑。聚丙烯酰胺是一類優良的造紙增強劑,它 所帶的酰胺基極易和漿料纖維素的羥基之間形成 的較多的氫鍵而是紙頁得到增強。聚丙烯酰胺的應用,此外,聚丙烯酰 胺還應用于造紙生產的廢水處理和纖維回收。
                1.4醫學領域的應用[3]
                在醫學上,聚丙烯酰胺凝膠可用作非凝血酶原 ?;瘎?,外科,隱形眼鏡原料,微膠囊的外層包復 料,并用作制造高質量的止血拴,婦女衛生巾及小 兒尿布,在醫學領域,均聚物凝膠用于非凝血酶原 料和藥物的載體。交聯的部分水解聚丙烯酰胺可用 于生化領域,粒度幾百微米到幾十微米的聚丙烯酰 胺可用于色譜填料(例如凝膠色譜柱填料),可有效 地分離細胞色素等球形蛋白質。并能進一步對蛋白 質脫鹽、濃縮等。聚丙烯酰胺樹脂經Mannich反應, 在酰胺基側鏈上經亞甲基橋引入L-脯氨酸或L-羥 脯氨酸,在與銅離子配位,得到手性配體樹脂,它對 一系列DL氨基酸進行有效拆分。經Hofmann降解 得到的聚乙烯胺樹脂上手性氨基酸再與銅離子絡 合,作為配體交換色譜的固定相,可對一系列氨基 酸進行拆分,對芳香氨基酸的拆分效果尤佳,由于 骨架的親水性較強,大大縮短了拆分時間。
                1.5 農業的應用
                1.5.1對土壤物理性狀的影響
                壤顆粒和孔隙結構保持穩定,是土壤入滲率明顯提 高,增加土壤含水量[4]。
                1.5.2聚丙烯酰胺的防蝕功能研究
                降雨發生時,雨滴撞擊土壤表面,分散土粒,使 其發生移動而產生濺蝕,同時由于雨滴的撞擊作 用,破壞表土結構,堵塞土壤孔隙,減少降雨入滲, 增加地表徑流,經流匯集發生細溝侵蝕,使土壤的 流失量成倍,甚至10倍多的增大。通過維護土壤表 面的結構和增加團聚體的穩定性。抑制土壤結皮的 形成是增加降雨入滲的有效方法之一。
                1.5.3 聚丙烯酰胺對作物生長的影響及環境效應 研究
                聚丙烯酰胺在防止水土流失的過程中增加了 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,給作物的增產提供了條件[5]。施 用聚丙烯酰胺后,可以提高作物出苗率。聚丙烯酰 胺能有效的減少徑流損失,特別是減少了吸附在土 壤上的殺蟲劑的損失和地表磷元素流入河流和湖 泊的損失。從環境的角度來看,使用聚丙烯酰胺有 利于改善河水質量。
                1.6其他領域的應用 1.6.1采礦、洗煤領域
                采用聚丙烯酰胺作絮凝劑可促進采礦、洗煤回 收水中的固體物沉降,使水澄清,聚丙烯酰胺的應用,同時可回收有用的 固體顆粒,并避免對環境造成污染。隨著采煤的機械 化程度提高,微細粒煤含量占有的比重越來越大,其 中一部分在洗選過程中造成惡性循環,要實現清水 洗煤,就必須加速煤泥水中的細粒煤的沉降,及時回 收系統中的細粒煤泥,確保低的循環水濃度。
                聚丙烯酰胺是一種高效的有機高分子絮凝劑, 它常與無機凝聚劑復配用于選煤廠的煤泥水處理。 在選煤廠中,其主要用于:(1)在煤泥水深度凈化濃 縮機中,添加聚丙烯酰胺絮凝劑,加速煤泥的沉降, 降低溢流水濃度。(2)在真空過濾機或壓濾機中,添 加聚丙烯酰胺絮凝劑,改善濾餅結構,降低濾餅水 分,提高過濾速度。
                1.6.2紡織、印染工業中的應用聚丙烯酰胺代替淀粉和明膠用作纖維的漿料,可使纖維有極好的梳棉性,并明顯地降低漿料的消耗量。共聚物含有一定量醋酸乙烯基團,可作纖維精整劑,使纖維表面很快形成吸水薄層,共聚物所含的輕甲基基團可與纖維素中羧基基團形成交聯的高分子網絡結構,從而提高纖維的彈性及抗斷裂 性。聚丙烯酰胺還可用作上漿劑、織物整理劑等。利 用其吸濕性強的特點,能減少紡細紗時的斷線率。 1.6.3制糖業的應用
                聚丙烯酰胺可加速蔗汁中細粒子的下沉,促進 過濾和提高濾液清澈度。
                1.6.4在建材工業中的應用
                聚丙烯酰胺可用作涂料增稠分散劑、鋸石板材 冷卻劑以及陶瓷粘接劑等。
                此外,聚丙烯酰胺還廣泛應用于陶瓷、化肥、油 漆、涂料等行業。
                2聚丙烯酰胺應用及消費現狀
                目前世界上聚丙烯酰胺的總生產能力約為55 萬t/a,總產量約為50萬t/a,美國、日本、歐洲是聚 丙烯酰胺的主要生產國家和地區,其生產能力約占 世界總生產能力的75%[6]。各國聚丙烯酰胺的消費 結構有所不同,美國和西歐主要用于水處理,在造 紙方面應用所占比例相對較小,而日本則主要用于 造紙工業。美國聚丙烯酰胺的消費結構為[7]:水處理 占60%,造紙占25%,礦山占11%,其它占4%;日本 聚丙烯酰胺的消費結構為:水處理占45%,造紙占 32%,礦山占8%,石油占12%,其它占3%;西歐聚 丙烯酰胺的消費結構為:水處理占29%,造紙占 56%,石油占11%,其它占4%。我國聚丙烯酰胺產 品的開發始于20世紀50年代末期,聚丙烯酰胺的應用,1962年上海天 原化工廠建成我國第一套聚丙烯酰胺生產裝置,生 產水溶膠產品;隨后吉化公司研究院、中科院廣州 化學所也研制成功聚丙烯酰胺并投入生產。在我國聚丙烯酰胺最早用于礦物精選,而后在制糖、造紙、 鋼鐵、水處理等領域逐漸得到應用。目前我國聚丙 烯酰胺的應用領域主要集中在石油開采、水處理、 造紙、制糖、洗煤和冶金等領域,其消費結構為:油 田開采占81%,水處理占9%,造紙占5%,礦山占 2%,其它占3%。
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