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聚丙烯酰胺(PAM)
- 1:聚丙烯酰胺中文名:聚丙烯酰胺外文名:Polyacrylamide, Polyacrylic amide, PAM
- 2:聚丙烯酰胺化學(xué)式:(C3H5NO)n分子量:1×104~2×107
- 3:聚丙烯酰胺CAS登錄號(hào):9003-05-8水溶性:可溶于水
- 4:聚丙烯酰胺密度:1.302 g/cm3(23℃)
- 5:聚丙烯酰胺外觀:常溫下為堅(jiān)硬的玻璃態(tài)固體,產(chǎn)品有膠液、膠乳和白色粉粒、半透明珠粒和薄片等
- 6:聚丙烯酰胺屬性:聚丙烯酰胺(PAM)是一種線型高分子聚合物,化學(xué)式為(C3H5NO)n。在常溫下為堅(jiān)硬的玻璃態(tài)固體,產(chǎn)品有膠液、膠乳和白色粉粒、半透明珠粒和薄片等。熱穩(wěn)定性良好。能以任意比例溶于水,水溶液為均勻透明的液體。長(zhǎng)期存放后會(huì)因聚合物緩慢的降解而使溶液粘度下降,特別是在貯運(yùn)條件較差時(shí)更為明顯。 聚丙烯酰胺作為潤(rùn)滑劑、懸浮劑、粘土穩(wěn)定劑、驅(qū)油劑、降失水劑和增稠劑,在鉆井、酸化、壓裂、堵水、固井及二次采油、三次采油中得到了廣泛應(yīng)用,是一種極為重要的油田化學(xué)品。
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理化性質(zhì)
- 聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺(AM)單體經(jīng)自由基引發(fā)聚合而成的水溶性線性高分子聚合物,具有良好的絮凝性,可以降低液體之間的摩擦阻力,按離子特性分可分為非離子、陰離子、陽(yáng)離子和兩性型四種類型。聚丙烯酰胺(PAM)不溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑,如甲醇、乙醇、丙酮、 乙醚、脂肪烴和芳香烴,有少數(shù)極性有機(jī)溶劑除外,如乙酸、丙烯酸、氯乙酸、乙二醇、甘油、熔融尿素和甲酰胺。但這些有機(jī)溶劑的溶解性有限,往往需要加熱,否則無(wú)多大應(yīng)用價(jià)值。能以任意比例溶于水,水溶液為均勻透明的液體。分子量的大小對(duì)溶解度影響很小,但當(dāng)溶液濃度高于10%時(shí),對(duì)于高分子量的聚合物因分子間氫原子的鍵合作用,可呈現(xiàn)出類似凝膠狀的結(jié)構(gòu)。高分子量溶液為假塑性流體。
- 在適宜的低濃度下,聚丙烯酰胺溶液可視為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),鏈間機(jī)械的纏結(jié)和氫鍵共同形成網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn);濃度較高時(shí),由于溶液含有許多鏈一鏈接觸點(diǎn),使得PAM溶液呈凝膠狀。PAM水溶液與許多能和水互溶的有機(jī)物有很好的相容性,對(duì)電解質(zhì)有很好的相容性,對(duì)氯化銨、硫酸鈣、硫酸銅、氫氧化鉀、碳酸鈉、硼酸鈉、硝酸鈉、磷酸鈉、硫酸鈉、氯化鋅、硼酸及磷酸等物質(zhì)不敏感。
- 聚丙烯酰胺為白色粉末或者小顆粒狀物,密度為1.302g/cm3(23℃),玻璃化溫度為153℃,軟化溫度210℃,一般方法干燥時(shí)含有少量的水,干時(shí)又會(huì)很快從環(huán)境中吸取水分,用冷凍干燥法分離的均聚物是白色松軟的非結(jié)晶固體,但是當(dāng)從溶液中沉淀并干燥后則為玻璃狀部分透明的固體,完全干燥的聚丙烯酰胺PAM是脆性的白色固體,商品聚丙烯酰胺通常是在適度的條件下干燥的,一般含水量為5%~15%,澆鑄在玻璃板上制備的高分子膜,則是透明、堅(jiān)硬、易碎的固體。
- 在缺氧條件下,加熱至210℃因失水而減重;繼續(xù)加熱到210~300℃時(shí)酰胺基分解生成氨和水;當(dāng)溫度升至500℃時(shí)則形成只有原重量40%的黑色薄片。
應(yīng)用領(lǐng)域
水處理領(lǐng)域
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- 水處理包括原水處理、污水處理和工業(yè)水處理等。在原水處理中與活性炭等配合使用, 可用于生活水中懸浮顆粒的凝聚、澄清。用有機(jī)絮凝劑丙烯酰胺代替無(wú)機(jī)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(huán)的使用率, 還可用作污泥脫水; 工業(yè)水處理中用作一種重要的配方藥劑。聚丙烯酰胺在國(guó)外應(yīng)用較廣的領(lǐng)域是水處理, 國(guó)內(nèi)在此領(lǐng)域的應(yīng)用正在推廣。聚丙烯酰胺在水處理中的主要作用:
- (1) 減少絮凝劑的用量。在達(dá)到同等水質(zhì)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(dá)到同等水質(zhì)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) 改善水質(zhì)。在飲用水處理與工業(yè)廢水處理中, 聚丙烯酰胺與無(wú)機(jī)絮凝劑配合使用, 可明顯改善水質(zhì); (3) 提高絮體強(qiáng)度與沉降速度。聚丙烯酰胺形成的絮體強(qiáng)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(huán)冷卻系統(tǒng)的防腐與防垢。聚丙烯酰胺的使用可大大減少無(wú)機(jī)絮凝劑的用量, 從而避免無(wú)機(jī)物質(zhì)在設(shè)備表面的沉積, 減緩設(shè)備的腐蝕與結(jié)垢。
采油中的應(yīng)用
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- 聚丙烯酰胺是一類多功能的油田化學(xué)處理劑,廣泛用于石油開(kāi)采的鉆井、固井、完井、修井、壓裂、酸化、注水、堵水調(diào)剖、三次采油作業(yè)過(guò)程中, 特別是在鉆井、堵水調(diào)剖和三次采油領(lǐng)域。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(diào)節(jié)作用, 在石油開(kāi)采中用作驅(qū)油劑和鉆井泥漿調(diào)節(jié)劑。在石油開(kāi)采的中后期, 為提高原油采收率,我國(guó)目前主要推廣聚合物驅(qū)油和三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)。通過(guò)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(qū)油能力, 避免擊穿油層, 提高油床開(kāi)采收率。中國(guó)石油工業(yè)是聚丙烯酰胺的長(zhǎng)期用戶, 聚丙烯酰胺的科技進(jìn)步促進(jìn)了中國(guó)石油工業(yè)的發(fā)展, 石油工業(yè)的需求又加速了聚丙烯酰胺的科技創(chuàng)新步伐與行業(yè)的發(fā)展。
造紙領(lǐng)域
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- 聚丙烯酰胺在造紙領(lǐng)域廣泛用作助留劑、助濾劑、均度劑等以提高紙張的質(zhì)量、料漿脫水性能、細(xì)小纖維及填料的留著率,減少原材料消耗及對(duì)環(huán)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(yè)中主要應(yīng)用在兩個(gè)方面,一是提高填料、顏料等的存留率以降低原材料的流失和對(duì)環(huán)境的污染;二是提高紙張的強(qiáng)度。在紙料中加入聚丙烯酰胺,能提高細(xì)小纖維和填料粒子在網(wǎng)上的留著率,加速紙料的脫水。聚丙烯酰胺的作用機(jī)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(lái)。絮塊的形成也能使?jié){料中的水更易濾出,減少了纖維在白水中的流失量,減少環(huán)境污染,又有利于提高過(guò)濾和沉淀等設(shè)備的效率。
醫(yī)用材料
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- 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(fù)料,并用作制造高質(zhì)量的止血拴,婦女衛(wèi)生巾及小兒尿布等。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(xì)胞色素等球形蛋白質(zhì)。并能進(jìn)一步對(duì)蛋白質(zhì)脫鹽、濃縮等。聚丙烯酰胺樹(shù)脂經(jīng) Mannich反應(yīng),在酰胺基側(cè)鏈上經(jīng)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(shù)脂,它對(duì)一系列DL-氨基酸進(jìn)行有效拆分。經(jīng)Hofmann降解得到的聚乙烯胺樹(shù)脂上手性氨基酸再與銅離子絡(luò)合, 作為配體交換色譜的固定相,可對(duì)一系列氨基酸進(jìn)行拆分,對(duì)芳香氨基酸的拆分效果尤佳,由于骨架的親水性較強(qiáng),大大縮短了拆分時(shí)間。
其他行業(yè)
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- 食品行業(yè),用于甘蔗糖、甜菜糖生產(chǎn)中蔗汁澄清及糖漿磷浮法提取。酶制劑發(fā)酵液絮凝澄清工業(yè) ,還用于飼料蛋白的回收、質(zhì)量穩(wěn)定、性能好,回收的蛋白粉對(duì)雞的成活率提高和增重、產(chǎn)蛋無(wú)不良影響,合成樹(shù)脂涂料,土建灌漿材料堵水,建材工業(yè)、提高水泥質(zhì)量、建筑業(yè)膠粘劑,填縫修復(fù)及堵水劑,土壤改良、電鍍工業(yè)、印染工業(yè)等。
使用原則
聚丙烯酰胺的使用要遵循如下原則:
- 1、顆粒狀聚丙烯酰胺絮凝劑不能直接投加到污水中。使用前必須先將它溶解于水,用其水溶液去處理污水。
- 2、溶解顆粒狀聚合物的水應(yīng)該是干凈(如自來(lái)水),不能是污水。常溫的水即可,一 般不需要加溫。水溫低于5℃時(shí)溶解很慢。水溫提高溶解速度加快,但40℃以上會(huì) 使聚合物加快降解,影響使用效果。一般自來(lái)水都適合于配制聚合物溶液。強(qiáng) 酸、 強(qiáng)堿、高含鹽的水不適于用來(lái)配制。
- 3、聚合物溶液濃度的選擇,建議為0.1%-0.3%,即1升水中加1g-3g聚合物粉劑。
注意事項(xiàng)
陽(yáng)離子聚丙烯酰胺使用注意事項(xiàng)如下:
- 1、絮團(tuán)的大?。盒鯃F(tuán)太小會(huì)影響排水的速度,絮團(tuán)太大會(huì)使絮團(tuán)約束較多水而降低泥餅干度。經(jīng)過(guò)選擇聚丙烯酰胺的分子量能夠調(diào)整絮團(tuán)的大小。
- 2、污泥特性:主要理解污泥的來(lái)源,特性以及成分,所占比重。依據(jù)性質(zhì)的不同,污泥可分為有機(jī)和無(wú)機(jī)污泥兩種。陽(yáng)離子聚丙烯酰胺用于處置有機(jī)污泥,相對(duì)的陰離子聚丙烯酰胺絮凝劑用于無(wú)機(jī)污泥,堿性很強(qiáng)時(shí)用陰離子聚丙烯酰胺,而酸性很強(qiáng)時(shí)不宜用陰離子聚丙烯酰胺,固體含量高時(shí)污泥通常聚丙烯酰胺的用量也大。
- 3、絮團(tuán)強(qiáng)度:絮團(tuán)在剪切作用下應(yīng)堅(jiān)持穩(wěn)定而不破碎。進(jìn)步聚丙烯酰胺分子量或者選擇適宜的分子構(gòu)造有助于進(jìn)步絮團(tuán)穩(wěn)定性。
- 4、聚丙烯酰胺的離子度:針對(duì)脫水的污泥,可用不同離子度的絮凝劑經(jīng)過(guò)先做小試進(jìn)行挑選,選出適宜的聚丙烯酰胺,這樣即能夠獲得絮凝劑效果,又可使加藥量非常少,節(jié)約本錢。
- 5、聚丙烯酰胺的溶解:溶解良好才能充分發(fā)揮絮凝作用。有時(shí)需求加快溶解速度,這時(shí)可思索進(jìn)步聚丙烯酰胺溶液的濃度。
其實(shí)在平時(shí)處理污水的時(shí)候,有些污水,使用單一的一種絮凝劑是達(dá)不到效果的,必須兩種結(jié)合使用,在使用無(wú)機(jī)絮凝劑PAC和聚丙烯酰胺復(fù)合絮凝劑處理污水會(huì)達(dá)到更好的效果,但是添加藥劑的時(shí)候要注意順序,順序不正確,也是達(dá)不到效果.
聚丙烯酰胺和其它絮凝劑混合使用添加的順序方法:
- 在使用復(fù)合絮凝劑的時(shí)候必須注意添加的先后順序和投加時(shí)間間隔。PAC與PAM聯(lián)合使用就是讓PAC先完成中和電荷/膠體脫穩(wěn)形成細(xì)小絮體之后,進(jìn)一步加大絮體體積有利于充分沉淀。由于聚合氯化鋁PAC反應(yīng)時(shí)間很短,所以加入后需要強(qiáng)烈的混合,PAM作用時(shí)間要長(zhǎng),混合注意先強(qiáng)后弱——先強(qiáng)是為了混合均勻后弱是為了避免破壞絮體。聚丙烯酰胺屬于絮凝劑,聚合氯化鋁屬于混凝劑,一般情況下是先加混凝劑再加聚丙烯酰胺,但為了保險(xiǎn)起見(jiàn),還是建議大家通過(guò)實(shí)驗(yàn)效果來(lái)確定添加的順序。加藥點(diǎn)、加藥量、加藥時(shí)間以及混合強(qiáng)度需要實(shí)驗(yàn)確定,切記千萬(wàn)不能把他們兩種藥劑放在一起使用,否則會(huì)影響效果,增大使用成本。
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