陽離子聚丙烯酰胺水處理劑的聚合研究新進展

鄭懷禮+陳楠+徐斌成+馮力+鄭欣鈺+鄭超凡+張世欣+劉澤楠

摘 要：絮凝法是最重要的水污染控制方法之一。絮凝劑是絮凝污染控制方法的關鍵部分和核心基礎，對最終的水處理效果起著至關重要的影響。其中，陽離子聚丙烯酰胺是一類重要的水處理劑，在水處理領域一直備受關注。綜述了陽離子聚丙烯酰胺自由基共聚合法的引發體系與研究進展，主要介紹了偶氮類引發體系、氧化還原引發體系、復合引發體系和紫外光引發體系的特點和應用，闡述了陽離子聚丙烯酰胺中常用的共聚陽離子單體的種類和應用，對陽離子聚丙烯酰胺未來的發展趨勢和研究方向進行了展望。

關鍵詞：陽離子聚丙烯酰胺；水處理劑；共聚合；引發體系；陽離子單體

中圖分類號：X703.1

文獻標志碼：A 文章編號：1674-4764（2017）05-0116-07

Abstract：Flocculation is one of the most important water pollution control methods. Flocculant is a key foundation of flocculation pollution control method， which plays a vital role in the final water treatment effect. Among these， cationic polyacrylamide is an important type of water treatment agent， which has been of concern in the field of water treatment. The initiation system in the free radical copolymerization and research progress of cationic polyacrylamide are summarized. Characteristics and application of initiation system in the polymerization， such as azo-initiator system， redox initiation system， complex initiation system and UV initiation system are introduced mainly. The types and application of common cationic monomers in the copolymerization are elaborated. Furthermore， its future development tendency and research direction are predicted.

Keywords：cationic polyacrylamide；water treatment agent；copolymerization； initiation system； cationic monomer

中國是一個嚴重缺水的國家，隨著城市化和工業化的發展，污水排放量日益增加，水體污染問題日益嚴重，水資源短缺問題更加嚴峻，對人類的生產生活產生一系列不利影響。因此，選擇合理的水處理方法以確保環境、人類健康安全和社會可持續發展至關重要。污泥是污水處理的副產物，在污水處理過程中，通常會產生約占污水處理總量0.5%～1%的污泥，其含水率高，成分復雜，脫水困難，如果不對污泥進行合理有效的處置，不僅會影響污水處理廠的出水水質，而且，會對周圍環境造成嚴重污染，因此，污泥的處理處置已經逐漸引起人們的重視[1-3]。

絮凝法是一種高效處理污水和污泥的方法[4]，絮凝法能否高效處理污泥或污水，關鍵在于絮凝劑類型的選擇[5-7]。有機高分子絮凝劑常用于處理污泥和工業廢水，尤其是丙烯酰胺類聚合物。聚丙烯酰胺（PAM）是丙烯酰胺及其衍生的均聚物和共聚物的統稱，根據分子鏈上的官能團在水溶液中不同的離解形態，PAM可以分為非離子型（NPAM）、陽離子型（CPAM）、陰離子型（APAM）和兩性離子型。

由于污水和活性污泥中存在著大量呈負電性的懸浮膠體顆粒，使得CPAM能夠更加有效的發揮電中和及吸附架橋作用，故帶正電的CPAM在絮凝應用方面因其突出的優越性而引起廣泛關注。CPAM的制備方式大體上可以分為聚丙烯酰胺的陽離子改性及丙烯酰胺單體和陽離子單體的共聚。相比于第一種方式，丙烯酰胺與陽離子單體共聚具有操作簡單，產物水溶性好、陽離子度易于控制等優點，在CPAM的制備和生產中，單體共聚法是大規模生產CPAM的有效方法。在單體共聚合法中，引發劑控制聚合的鏈引發反應，而鏈引發是影響聚合速率和聚合物分子量的關鍵一步，故CPAM的性能與聚合引發體系密切相關。因此，陽離子單體和共聚引發體系是影響聚合產物的最關鍵性因素。論文重點介紹CPAM合成中最為常用的引發體系：偶氮類引發體系、氧化還原引發體系、復合引發體系以及紫外光引發體系，并對共聚制備CPAM常用的陽離子單體種類進行介紹，最后，對陽離子聚丙烯酰胺未來的發展方向進行展望。

1 CPAM的引發體系

1.1 偶氮類引發體系

偶氮類引發劑是CPAM聚合常用的引發劑，具有分解速率均勻，只形成一種自由基，無誘導分解等優點，近年來，偶氮類引發劑尤其是水溶性引發劑已廣泛應用于陽離子聚丙烯酰胺的合成中。但中國的偶氮類引發劑也存在品種較單一，且價格相對較高等問題。目前，廣泛采用的水溶性有機偶氮類化合物有偶氮二異丁脒鹽酸鹽（V-50）、偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽（VA-044）、偶氮二氰基戊酸等[8]。

段文猛等[9]采用V-50為引發劑，通過反相乳液聚合法制備出高相對分子質量和高陽離子度的CPAM，并研究了不同引發劑對單體轉化率和CPAM的影響。實驗結果表明，以無機水溶性過硫酸鉀（KPS）及其構成的氧化還原體系（KPS/NaHSO3、KPS/DM、KPS/NaHSO3/V-50）為引發劑時，聚合產物CPAM的特性粘度低，與KPS和其他水溶性引發劑相比，水溶性偶氮類引發劑V-50分解平穩，可控性好，制備的CPAM特性粘度高。控制其他條件，在V-50質量分數為0.09%的條件下，合成的P（AM-DAC）的特性粘度高達13.78 dL/g，對含聚污水的絮凝效果好。endprint