聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，簡稱PMA）是由丙烯酰胺單體聚合而成的有機(jī)高分子 聚合物。PAM 是一種無色、無臭、無味，沒有腐蝕性的物質(zhì)。在常溫下比較穩(wěn)定，高溫冰凍時易降解。 聚丙烯酰胺的分子結(jié)構(gòu)為：聚丙烯酰胺水溶液的粘度隨聚合物相對分子質(zhì)量的增加明顯變粘。由于聚丙烯酰胺結(jié)構(gòu)單元中含有酰胺基以及易與其他化合物形成氫鍵，使其具有良好的水溶性和很高的化學(xué) 活性。在醋酸、丙烯酸、氯代乙酸、乙二醇、甘油、乳酸等少數(shù)溶劑中溶解 1%左右，幾乎不溶于其他的有機(jī)溶劑。在210、無氧條件下，聚丙烯酰胺的酰胺基脫水轉(zhuǎn)變成腈基，500炭化為黑色的粉末。聚丙烯酰胺產(chǎn)品按其純度來分，有粉劑和膠體兩種：粉劑產(chǎn)品為白色或黃色顆粒或粉末，固體含量在90%以上易運(yùn)輸，受到用戶歡迎；膠體產(chǎn)品為無色或微黃色透明膠體，固體含量為 8%～9%，不易運(yùn)輸，使用也不方便。

    聚丙烯酰胺產(chǎn)品按其離子型來分，有陽離子型、陰離子型、和非離子型3種。陽離子型一般都含有微量毒性，不適宜在給排水工程 中使用，所以我們接觸到的水處理劑聚丙烯酰胺均屬于陰離子型或非離子型 聚丙烯酰胺的應(yīng)用聚丙烯酰胺在水處理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，包括原水處理、污水處理、工業(yè)水處理、城市生活污水處理等，目前仍然是我國內(nèi)外水處理領(lǐng)域使用的水處理劑。在我國，聚丙烯酰胺的應(yīng)用主要集中在石油開采、水處理、造紙、紡織印染等領(lǐng)域。非離子型聚丙烯酰胺為大分子鏈上不含離子基團(tuán)，但酰胺基與許多物質(zhì)，如粘 纖維素等能產(chǎn)生氫鍵，因吸附架橋而絮凝陽離子型聚丙烯酰胺 其水溶液是高分子電解質(zhì)，帶有正電荷，對懸浮的有機(jī)膠 體和有機(jī)化合物可有效地凝聚，并能強(qiáng)化固液分離過程 陰離子型聚丙烯酰胺 在中性和堿性介質(zhì)中呈高聚物電解質(zhì)的特征，對鹽類電解 質(zhì)敏感，與高價金屬離子能練成不溶性凝膠體 國內(nèi)聚丙烯酰胺的消費(fèi)結(jié)構(gòu)國外聚丙烯酰胺的主要消費(fèi)領(lǐng)域是水處理和造紙。國外聚丙烯酰胺的消費(fèi)結(jié)構(gòu)各國的消費(fèi)結(jié)構(gòu)有所不同。美國和西歐聚丙烯酰胺的消費(fèi)領(lǐng)域是水處理。因此，聚丙烯酰胺在水處理方面的應(yīng)用在我國將會有廣闊的前景。

    在石油開采中，聚丙烯酰胺是一種多功能的油田化學(xué)處理劑，主要用于鉆井泥漿材 料以及提高采油率等方面，廣泛用于鉆井、完井、固井、修井、壓裂等油田采作業(yè)中。無 論是采用膠束—聚合物驅(qū)油還是用聚合物驅(qū)油，都需要大量使用PAM 系聚合物。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，在石油開采中用作驅(qū)油 劑和鉆井泥漿調(diào)節(jié)劑。目前，我國大型油田三次采油已成為聚丙烯酰胺的應(yīng)用領(lǐng)域。在石油開采過程中，由于底層的非均質(zhì)性，常產(chǎn)生水浸問題，需要進(jìn)行堵水。其實(shí)質(zhì)是改變水在地層中的滲流狀態(tài)，以達(dá)到減少油田產(chǎn)水，提高油田最終采收率的目的。聚 丙烯酰胺水溶液的粘度隨相對分子質(zhì)量的增加明顯變粘，因此用作堵水劑時要視地層類型 選擇合適的PAM分子量。均質(zhì)性好、平均滲透率高的油層，可選用中度分子量（510）的PAM；基巖滲透率低的裂縫性油層或滲透率變化大的油層，可選用高分子量。在使用時可不交聯(lián)使用，也可與鋁鹽、鉻鹽等交聯(lián)生成凝膠使用，還可以添加某些樹脂以形成互容聚合物網(wǎng)絡(luò)，使之具有更高的耐溫性。

    作為鉆井液調(diào)整劑，經(jīng)常使用的是部分水解聚丙烯酰胺。其作用是調(diào)節(jié)鉆井液的流 變性，攜帶巖屑，潤滑鉆頭，減少流體損失等。用PAM 調(diào)制的鉆井泥漿比重低，固含量少， 減少對油氣層的壓力和堵塞。此外，還可大大減少卡鉆故事，減輕設(shè)備磨損，防止發(fā)生井 漏和塌陷 配合使用在鉆井廢水處理中具有很好的使用效果。

    聚丙烯酰胺可以通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化或共聚變成含有陰、陽、非、兩性離子的完整絮凝體。聚丙烯酰胺在NaOH 等堿類作用下，易起水解反應(yīng)，使部分聚丙烯酰胺生成聚丙烯酸鈉。由于RCOO-(羥基)的作用，使聚丙烯酰胺水解成陰離子型高分子絮凝劑，而不水解的聚丙 烯酰胺為非離子型高分子絮凝劑。在RCOO-（羥基）基團(tuán)的離子靜電斥力作用下，同電荷 顆粒之間由異電荷膠體連在一起，也稱為異電荷膠體互凝現(xiàn)象，使聚丙烯酰胺主鏈上呈卷曲狀的分子鏈展開拉長，增加其吸附面積，提高架橋能力，所以部分水解體的聚丙烯酰胺的絮凝效果要優(yōu)于非離子型聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺基團(tuán)可與許多物質(zhì)親和形成氫鍵，高 分子聚丙烯酰胺在被吸附的粒子間形成“橋聯(lián)”，使顆粒形成聚集體而沉降，使污水得到 凈化。 陽離子聚丙烯酰胺的調(diào)質(zhì)作用機(jī)理：1、電中和作用。污泥顆粒本身帶負(fù)電荷，相互之間存在斥力，在污泥中加入與膠體 帶相反電荷的聚電解質(zhì)，可降低粒子的電位，使粒子相互吸引形成絮團(tuán)。2、去水化作用。將親水膠體轉(zhuǎn)變?yōu)樵魉z體，這是污泥調(diào)制的關(guān)鍵。污泥膠體與高 分子間發(fā)生活性反應(yīng)或形成絡(luò)合物，產(chǎn)生不溶性產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)絮凝。3、吸附作用。主要以吸附架橋和表面吸附為主。

    由于一些城市的潔凈地下水位下降較快，地表水水質(zhì)較差，城市供水中聚丙烯酰胺 用量必然會迅速增加。根據(jù)我國可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃，今后我國對三廢治理的要求將更高。污 泥脫水是污水處理的一個重要組成部分，越來越受到關(guān)注。利用物理、化學(xué)或其他方法改 變污泥固液分離特性的步驟，稱為污泥調(diào)理。污泥化學(xué)調(diào)理是污泥脫水單元的核心技術(shù)。采用聚丙烯酰胺進(jìn)行污泥脫水，使用的劑量比無機(jī)藥劑要少，無機(jī)調(diào)理劑會增加污泥量， 增加污泥處理成本，而聚丙烯酰胺法則能提高污水處理效果，減少污泥排放量，具有較好 的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。 在城市污水處理廠的生產(chǎn)運(yùn)行中，為節(jié)省人力，避免人為操作造成的誤 差，陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑的使用多采用溶藥、投加一體化系統(tǒng)。污泥處理是整個廢水 處理中最重要的環(huán)節(jié)之一，為了提高污泥的固含量，污泥經(jīng)常要經(jīng)過脫水處理，可行的辦法是使用陽離子絮凝劑，該法不僅生成的污泥量少且易機(jī)械脫水，節(jié)約用水，對提高污 水處理效果和廢水回用有重要的作用。由于在污泥脫水方面暫無其他產(chǎn)品可取代聚丙烯酰 胺，因此，對聚丙烯酰胺的需求量也將必然增加。我國城市水處理聚丙烯酰胺的用量僅為 美國的1/9。國家環(huán)?？偩趾陀嘘P(guān)部門要求在水費(fèi)中增加污水處理費(fèi)用以及限制飲用水中鋁含量，這為聚丙烯酰胺在城市供水和污水處理領(lǐng)域的市場開發(fā)打開了空間。此外，全國 許多城市的污水處理廠由于管網(wǎng)建設(shè)未及時跟上，尚不能滿負(fù)荷運(yùn)行，預(yù)計(jì)該領(lǐng)域?qū)郾?烯酰胺的需求量將會更大。

    聚丙烯酰胺本身，因?yàn)樗M(jìn)入人體后，絕大部分在短期內(nèi)排出體外，很少被消 化道吸收。多數(shù)商品也不刺激皮膚，只有某些水解體可能有殘余的堿，當(dāng)反復(fù)、長期接觸 時會有刺激性。各國均規(guī)定聚丙烯酰胺工業(yè)殘留的丙烯酰胺含量為0.5%—0.05%。 應(yīng)用于水的一般凈化處理是，丙烯酰胺含量0.2%以下，用于直接飲用水處理是，需在0.05%以下?？紤]到國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，將來對現(xiàn)有污水處理設(shè)施的改造和運(yùn)營費(fèi)用 也會有很大的增長空間。因此，聚丙烯酰胺在水質(zhì)凈化中的應(yīng)用將會有非常廣泛的應(yīng)用空間。工業(yè)廢水處理是聚丙烯酰胺在水處理方面的又一個重要的方面。目前，我國的化工、 冶金、造紙、印染、建材等行業(yè)都在不同程度的使用聚丙烯酰胺作為絮凝劑。

    聚丙烯酰胺在造紙工業(yè)中廣泛用作助留劑、助濾劑、均度劑等。它的作用是能夠 提高紙張的質(zhì)量、料漿脫水性能 、減少原材料消耗及對環(huán)境的污染，用作分散劑，改善紙的均勻度。添加不同分子量，不同官能團(tuán)的聚丙烯酰胺有增加填料保留，紙頁纖維干濕劑提高表面性質(zhì)，油墨吸附等多種作用。此外，聚丙烯酰胺還應(yīng)用于造紙生產(chǎn)的廢水處理和纖維回收。同時，各種離子型聚丙烯酰胺均可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，且其構(gòu)和性能可以調(diào)節(jié)，以滿足造紙行業(yè)中的不同需求，其用量逐年遞增，已成為合成高分子中用量較大的造紙助劑。

    利用聚丙烯酰胺吸濕性強(qiáng)的特點(diǎn)，能減少紡細(xì)紗時的斷線率；用作后處理劑防止織物的靜電和阻燃，生成柔順、防皺的保護(hù)層；用作印染助劑，聚丙烯酰胺可使產(chǎn)品附著牢 度大，鮮艷度高。此外，聚丙烯酰胺還可用于紡織印染污水的凈化。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的印染業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展時期，成為工業(yè)廢水排放大戶。印染廢水色度深，毒性強(qiáng)，難降解，許多染料廢水難以用無機(jī)絮凝劑處理，將有機(jī)高分子聚丙烯酰胺與無機(jī)高分子絮凝劑混合使用具有用量少、絮凝速度快、受PH值及溫度影響小以及易處理等優(yōu)。采用聚丙烯酰胺作絮凝劑可促進(jìn)采礦、洗煤回收水中固體的沉降，同時可回收有用的固體顆粒，避免對環(huán)境的污染。在制糖業(yè)中聚丙烯酰胺可加速蔗汁中細(xì)粒子的下沉，促進(jìn)過濾和提高濾液清澈度。

    pH值對各類PAM 類絮凝劑的影響是不一樣的，其中，陽離子型與部分非離子型對pH值的變化不敏感，而陰離子型受pH值得影響較大。pH過大或過小均會造成高分子鏈卷曲，架橋距離縮短導(dǎo)致絮凝能力下降，只有在pH值合理范圍內(nèi)絮凝效果才能保證效果。理論上認(rèn)為聚合物相對分子質(zhì)量越大，分子在溶液中的伸展度越大，則架橋能力越強(qiáng)，絮凝速度越大。但是相對分子質(zhì)量過大，因絮凝沉降速度過快會導(dǎo)致上層清夜中細(xì)小顆粒 殘留增大。同時，高相對分子質(zhì)量的PAM 溶解速度低，增加了溶解困難。離子型高分子膠 粒由于靜電作用，要求相對分子質(zhì)量較低，非離子型絮凝劑則要求相對分子質(zhì)量較大。

    聚丙烯酰胺溶液在使用時，投加的濃度越稀越好，較稀的投加濃度能使溶液在水中迅速擴(kuò)展，充分混合，防止產(chǎn)生濃度過高的膠體保護(hù)現(xiàn)象，影響使用效果。但濃度太稀會 造成龐大的投加設(shè)備，一般投加濃度以0.5%～1%為宜，配制濃度以2%為宜。聚丙烯酰胺 絮凝劑，在處理高濁水中，分批投藥比一次投藥的絮凝效果為佳。由于分批投藥能避免過 高的絮凝劑濃度與泥沙混合，造成活性基團(tuán)被封閉的后果，因而達(dá)到較佳的效果。分批投 藥的比例，一般先投加60%然后再投加40%為佳。

    聚丙烯酰胺在作為助凝劑使用時，一般的投加順序在投混凝劑之后。前后相隔半小時 為宜，使雜質(zhì)顆粒先行脫穩(wěn)到一定程度為聚丙烯酰胺大離子的絮凝作用創(chuàng)造條件。如果獨(dú) 作為處理高濁度水絮凝劑時，則應(yīng)先投加聚丙烯酰胺絮凝劑，否則會影響其使用效果。PAM 吸附一部分膠粒，使其濁度降低，其余膠粒由其他混凝劑脫粒脫穩(wěn)，再由PAM 吸附，這樣可降低其他混凝劑的劑量。 配制聚丙烯酰胺水溶液時，應(yīng)在搪瓷，鍍鋅，鋁制或塑料桶內(nèi)進(jìn)行，不可再鐵質(zhì)容 器內(nèi)配制和貯存。溶解時應(yīng)注意講產(chǎn)品慢慢地加入帶攪拌和加熱措施的溶解器中，應(yīng)避免結(jié)固，溶液應(yīng)在適宜的溫度下配制，并避免長時間攪拌否則會導(dǎo)致聚合物降解，影響使用 效果。聚丙烯酰胺水溶液應(yīng)做到現(xiàn)用現(xiàn)配，當(dāng)溶解液長時間放置，其性能將會視水質(zhì)的情 況而逐漸降低。