聚丙烯酰胺的應(yīng)用：

聚丙烯酰胺的應(yīng)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(tǒng)稱，是水溶性高分子中 應(yīng)用最廣泛的品種之一。由于聚丙烯酰胺結(jié)構(gòu)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(xué)活性，易通過接枝或交聯(lián)得到支鏈 或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多種改性物，在石油開采、水處理、紡 織、造紙、選礦、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等行業(yè)中具有廣泛的應(yīng) 用，有‘百業(yè)助劑”之稱。國外主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樗?理、造紙、礦山、冶金等；國內(nèi)目前用量最大的是采 油領(lǐng)域，用量增長最快的是水處理領(lǐng)域和造紙領(lǐng)域。

1聚丙烯酰胺應(yīng)用領(lǐng)域

1.1用作絮凝劑在水處理方面的應(yīng)用

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，聚丙烯酰胺的應(yīng)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 丙烯酰胺在國外應(yīng)用最大的領(lǐng)域是水處理，國內(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]:

(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 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機(jī)絮凝劑的用量，從而避 免無機(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。

1.2采油中的應(yīng)用

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)過程中，特別 是在鉆井、堵水調(diào)剖和三次采油領(lǐng)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(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。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(qū)油和三元復(fù)合驅(qū)油技 術(shù)。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(qū)油能力，避免擊穿油層，提高油床 開采收率。中國石油工業(yè)是聚丙烯酰胺的最大用 戶，聚丙烯酰胺的科技進(jìn)步促進(jìn)了中國石油工業(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。

1.3造紙領(lǐng)域的應(yīng)用[2]

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 水質(zhì)。在飲用水處理與工業(yè)廢水處理中，聚丙烯酰胺與無機(jī)絮凝劑配合使用，可明顯改善水質(zhì)；聚丙烯酰胺可有效改善土壤結(jié)構(gòu)， 使土壤大團(tuán)

聚體數(shù)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(jìn)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(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 料中的顆粒靠電中和或架橋而絮凝得以在濾布上 保留下來。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， 又有利于提高過濾和沉淀等設(shè)備的效率。

聚丙烯酰胺在造紙工業(yè)中主要用作增強(qiáng)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(shí)亦可通過橋聯(lián)作用與纖維結(jié)合。高相對分子質(zhì)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(yīng)用。（2)聚丙烯酰胺用作 增強(qiáng)劑。聚丙烯酰胺是一類優(yōu)良的造紙?jiān)鰪?qiáng)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(qiáng)。聚丙烯酰胺的應(yīng)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。

1.4醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用[3]

在醫(yī)學(xué)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(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，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，均聚物凝膠用于非凝血酶原 料和藥物的載體。交聯(lián)的部分水解聚丙烯酰胺可用 于生化領(lǐng)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(xì)胞色素等球形蛋白質(zhì)。并能進(jìn)一步對蛋白 質(zhì)脫鹽、濃縮等。聚丙烯酰胺樹脂經(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，得到手性配體樹脂，它對 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，可對一系列氨基 酸進(jìn)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(qiáng)，大大縮短了拆分時(shí)間。

1.5 農(nóng)業(yè)的應(yīng)用

1.5.1對土壤物理性狀的影響

壤顆粒和孔隙結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)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(fā)生時(shí)，雨滴撞擊土壤表面，分散土粒，使 其發(fā)生移動(dòng)而產(chǎn)生濺蝕，同時(shí)由于雨滴的撞擊作 用，破壞表土結(jié)構(gòu)，堵塞土壤孔隙，減少降雨入滲， 增加地表徑流，經(jīng)流匯集發(fā)生細(xì)溝侵蝕，使土壤的 流失量成倍，甚至10倍多的增大。通過維護(hù)土壤表 面的結(jié)構(gòu)和增加團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。抑制土壤結(jié)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(huán)境效應(yīng) 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(chǎn)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(huán)境的角度來看，使用聚丙烯酰胺有 利于改善河水質(zhì)量。

1.6其他領(lǐng)域的應(yīng)用 1.6.1采礦、洗煤領(lǐng)域

采用聚丙烯酰胺作絮凝劑可促進(jìn)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(yīng)用，同時(shí)可回收有用的 固體顆粒，并避免對環(huán)境造成污染。隨著采煤的機(jī)械 化程度提高，微細(xì)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(huán)，要實(shí)現(xiàn)清水 洗煤，就必須加速煤泥水中的細(xì)粒煤的沉降，及時(shí)回 收系統(tǒng)中的細(xì)粒煤泥，確保低的循環(huán)水濃度。

聚丙烯酰胺是一種高效的有機(jī)高分子絮凝劑， 它常與無機(jī)凝聚劑復(fù)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(jī)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(jī)或壓濾機(jī)中，添 加聚丙烯酰胺絮凝劑，改善濾餅結(jié)構(gòu)，降低濾餅水 分，提高過濾速度。

1.6.2紡織、印染工業(yè)中的應(yīng)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(tuán)，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(tuán)可與纖維素中羧基基團(tuán)形成交聯(lián)的高分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，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(qiáng)的特點(diǎn)，能減少紡細(xì)紗時(shí)的斷線率。 1.6.3制糖業(yè)的應(yīng)用

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。

1.6.4在建材工業(yè)中的應(yīng)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(yīng)用于陶瓷、化肥、油 漆、涂料等行業(yè)。

2聚丙烯酰胺應(yīng)用及消費(fèi)現(xiàn)狀

目前世界上聚丙烯酰胺的總生產(chǎn)能力約為55 萬t/a，總產(chǎn)量約為50萬t/a，美國、日本、歐洲是聚 丙烯酰胺的主要生產(chǎn)國家和地區(qū)，其生產(chǎn)能力約占 世界總生產(chǎn)能力的75%[6]。各國聚丙烯酰胺的消費(fèi) 結(jié)構(gòu)有所不同，美國和西歐主要用于水處理，在造 紙方面應(yīng)用所占比例相對較小，而日本則主要用于 造紙工業(yè)。美國聚丙烯酰胺的消費(fèi)結(jié)構(gòu)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(fèi)結(jié)構(gòu)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(fèi)結(jié)構(gòu)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(chǎn) 品的開發(fā)始于20世紀(jì)50年代末期，聚丙烯酰胺的應(yīng)用，1962年上海天 原化工廠建成我國第一套聚丙烯酰胺生產(chǎn)裝置，生 產(chǎn)水溶膠產(chǎn)品；隨后吉化公司研究院、中科院廣州 化學(xué)所也研制成功聚丙烯酰胺并投入生產(chǎn)。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(lǐng)域逐漸得到應(yīng)用。目前我國聚丙 烯酰胺的應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在石油開采、水處理、 造紙、制糖、洗煤和冶金等領(lǐng)域，其消費(fèi)結(jié)構(gòu)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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