聚丙烯酰胺的改性及在廢水處理中的應用研究

王志強

摘 要：改性聚丙烯酰胺具有良好的絮凝性、水溶性與吸附性，在廢水處理中發揮了極為重要的作用。本文將對聚丙烯酰胺的改性及在廢水處理中的應用進行詳細分析與探討，希望能起到拋磚引玉的作用。

關鍵詞：聚丙烯酰胺；改性；廢水處理；應用

隨著我國工農業的快速發展以及人口的不斷增多，工業廢水以及生活污水的類型與數量也在急劇上升，水質復雜程度更高。同時，人們也逐步提高了對水環境的要求，而這無疑給水處理提供了更高的要求。當前，國際上不斷致力于污水處理方面的研究，且研發了許多水處理工藝，例如污水生態處理技術、電滲析法、化學氧化法、吸附法、例子交換法、生化法、絮凝沉淀法等。其中絮凝沉淀方法在處理污水時具有高效、便捷的特點，所以獲得了廣泛的應用。一般較為常見的絮凝劑大部分都是有機與無機高分子絮凝劑。其中無機高分子其雖然價格不高，不過其需要投入大量物料，所以實際生產的廢渣也較多。而有機高分子絮凝劑大多數都是水溶性聚合物，分子質量較大，根據其實際電荷不同可以劃分成非離子型、陰離子型、陽離子型以及兩性絮凝劑。在諸多有機高分子絮凝劑中有數聚丙烯酰胺其水溶性出眾，但是因為其分子鏈上的側基是非?；顫姷孽０坊?，其能夠出現諸多化學反應，所以對其進行改性尤為重要。

一、聚丙烯酰胺陰離子化

聚丙烯酰胺作為一種絮凝劑在污水與泥漿處理等工作中獲得了普及，但是陰離子聚丙烯酰胺（APAM）的價格只是陽離子（CPAM）的一般，將其用到堿性泥漿脫水，具有極為顯著的效果。在聚丙烯酰胺智聯上使用部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）能夠將羥基負離子引入，從而將聚丙烯酰的部分性質進行改變。例如，HPAM的水溶液其形態結構較為特殊，且粘度較高，所以其增粘性與水溶性較佳，不過其也抗剪切、抗鹽以及耐溫性能較差。國際上諸多學者為了克服其所存在的缺陷開展有關研究，發現聚丙烯酰胺分子中的-CONH2基團能夠發生多類反應，其中將羥甲基引入羥甲基化學反應中容易生成分子間氫鍵，通過和小分子產生脫水交聯以及縮醛反應來將上述缺點克服，從而將其有效的應用到生產和生活當中。

劉光暢等利用共聚合反應來生成羥甲基化改性聚丙烯酰胺，且將其應用到工業廢水處理試驗當中。試驗結果顯示，相較于統一聚合條件下的均聚PAM，經過共聚合成的部分羥甲基化 PAM，其絮凝能力更強，且能夠在更短時間內形成絮團。與化學沉淀相結合用來對工業廢水處理過程中能夠在PH較低的情況下，將重金屬離子，如Pb2+、Cd2+等有效去除。

二、聚丙烯酰胺陽離子化

陽離子聚丙烯酰胺屬于一種新型的高效有機高分子絮凝劑，其能夠對水中帶負電荷的微粒進行吸附架橋以及中和電荷的作用，且其強化姑爺分離過程、脫色與除濁的效果非常顯著。不僅如此，該物質其具有絮體沉降速度快、投藥量不大、受共存鹽影響較小、PH值適用范圍廣等特點，所以越來越多的被應用到污水處理當中。

彭浩等在泥沙含固量為50%的強酸性土壤清洗廢水中應用陽離子聚丙烯酰胺來開展絮凝沉淀處理。而處理結果顯示：陽離子聚丙烯酰胺在強酸性環境下其絮凝性能依舊高效與穩定，當相對用量13mg/L、離子度在30%、分子質量為1400萬時，該物質依舊能夠呈現出極為顯著的絮凝性能，可以在60min內降低泥沙含固量到6%。

三、單體丙烯酰胺（AM）與具有特定基團的其它單體共聚

（一）纖維素-丙烯酰胺的接枝共聚

大部分情況下都是由植物經過光合作用來合成纖維素，其是自然界中一種可再生資源。在國際經濟快速發展背景下，對煤炭、石油的需求不斷增多，人們也越來越重視環境質量問題，纖維素作為可持續發展的再生資源逐步受到了人們的關注。基于纖維素為多羥基葡萄糖聚合物，其不但不會污染環境、能夠進行生物降解，而且來源較廣，材料價格不高，所以相關科研人員也逐步青睞與研究纖維素及其衍生物，在未來研究方向中一項重點內容必定是通過改性研究來把改性產物運用到更多的領域當中。

楊芳等基于丙烯酰胺為基礎利用纖維素來作為接枝化合物來開展纖維素-丙烯酰胺接枝共聚反應，經過正交試驗將其共聚反應的最優合成條件進行明確，實際生成的CMC - AM 接枝聚合物，能夠大幅提高了產品分子量，讓其平均分子量達到7.5X106。通過改性后的纖維素-丙烯酰胺在眾多工業生產領域中都得到了運用與普及。

劉志宏等采取羧甲基纖維素當做原材料，在催化劑與引發劑影響下，其鞥能夠和丙烯酸開展接枝工具反應獲得改性的天然有機高分子絮凝劑，在造紙廢水中應用該種物質，能夠基本去除廢水濁度，其中去除濁度高達97.8%，去除COD可達80.8%。

（二）淀粉-丙烯酰胺接枝共聚

作為天然高分子中一種主要物質，淀粉不僅價格便宜無毒，并且有著極其廣的來源。隨著我們對天然高分子改性研究日漸深入，淀粉這一物質所受重視程度不斷加深，其中它和丙烯酰胺接枝共聚便是其中一項重要研究。由實際情況來看，天然淀粉處于低溫條件中時其應用情況往往會因為滲透性與水分散性較弱而大打折扣。而淀粉-丙烯酰胺接枝共聚能夠憑借著接枝技術使得一些具有優良性能的基團得以被引入到淀粉鏈中，這樣一來便可以有效地提升其綜合性能情況下大大提升應用范圍。簡單點說，淀粉-丙烯酰胺接枝共聚是在技術作用下促使淀粉鏈成為氧化還原區域，然后誘使丙烯酸酯這些烯類單體與其完成接枝工聚。根據筆者對淀粉-丙烯酰胺接枝共聚研究可知，得益于接枝共聚它不但兼具了合成與天然兩種高分子的優點，并且其絮凝性能也有了很大地提升，同時在應用上價格低廉、用量較少、適用程度廣以及不存在二次污染等這些優點。

趙彥生等將硝酸鈰銨作為引發劑，把丙烯酰胺和玉米淀粉進行接枝工具，且將二甲胺與甲醛添加其中來進行陽離子化，從而獲得陽離子淀粉絮凝劑。在印染所產生的的廢水中運用該類絮凝劑其處理效果較為明顯。

（三）殼聚糖-丙烯酰胺的接枝共聚

天然高分子絮凝劑憑借其無毒、來源廣等優點而受到廣泛光柱，還有些人將其比喻為“21 世紀的綠色絮凝劑材料”。而在天然高分子材料當中，殼聚糖的性能無疑是最優異的一個。通過脫乙?；幚砑讱に睾螳@得一種由4糖苷鍵與β-1連接而成的直鏈高分子多糖化合物，這就是殼聚糖，由于殼聚糖中含有氨基、羥基和部分N - 乙酰氨基等極性基團，其能夠發生氧化、磺化、羥甲基化、乙?；约八獾确磻?，不過殼聚糖同樣具有架橋能力低、分子量小、水溶性不佳等問題。當前，在對其該改性過程中，往往是運用其分子鏈上活性的-OH與-NH2來完成，以實現其應用范圍的擴寬。

四、結束語

在環境污染越來越嚴重的今天，污水處理問題也成為了一個迫切需要解決的問題。 不過隨著我國工農業發展規模的不斷擴大，排放量急劇增加，污水成分也越來越復雜，這無疑對污水處理提出了一個更高的要求。而聚丙烯酰胺改性產為絮凝劑作為一個低能耗、高效的污水處理方式逐步受到人們的認可與青睞，但是在實際應用過程中還存在較大發展空間，這就要求相關工作人員能夠深入研究聚丙烯酰胺改性產物，切實提升我國污水處理效率與質量。

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