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有机高分子絮凝剂的研究进展
[摘要] 综述了有机高分子絮凝剂的种类、絮凝化学、影响其作用效果的因素,并分析、展望了有机高分子絮凝剂的发展趋势。
[关键词] 有机高分子絮凝剂;絮凝化学;影响因素
絮凝剂效果的优劣直接决定着许多造纸单元过程的运行工况、生产成本、产品质量和出水的水质, 絮凝剂的选择直接影响絮凝效果。造纸工作者越来越认识到深入开展絮凝基础理论研究、开发新型高效絮凝剂、优化絮凝过程控制的重要性。
1 有机高分子絮凝剂的种类
1.1 人工合成类有机高分子絮凝剂
人工合成类有机高分子絮凝剂是利用高分子有机物分子量大、分子链官能团多的结构特点经化学合成的一类有机絮凝剂,具有产品性能稳定、容易根据需要控制合成产物分子量等特点。根据有机絮凝剂所带基团能否离解及离解后所带离子的电性,可将其分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性型人工合成类有机高分子絮凝剂。
1.1.1 阴离子型人工合成类有机高分子絮凝剂阴离子型有机高分子絮凝剂研制开发较早,技术比较成熟,但由于受应用范围的限制,有关阴离子型有机高分子絮凝剂新产品的研究报道较少。常见的有聚丙烯酸钠、丙烯酰胺与丙烯酸钠共聚物、聚苯乙烯磺酸钠等。
1.1.2 阳离子型人工合成类有机高分子絮凝剂
一般通过阳离子基团与有机物接枝获得,常用的阳离子基团有季铵盐基、喹啉鎓离子基、吡啶鎓离子基。产品有阳离子聚丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC)的均聚物以及与丙烯酰胺 (AM)的共聚物、乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)与DADMAC的共聚物,VTMS与DADMAC和AM的三元共聚物、聚亚胺等。阳离子絮凝剂不仅可以通过电荷中和、架桥机理使微粒脱稳、絮凝,而且还可以与带负电荷的溶解物进行反应,生成不溶物,从而有利于沉降和过滤脱水,pH值使用范围宽,用量少,毒性也小。近年来,我国对此类絮凝剂的研究主要集中在聚丙烯酰胺接枝共聚物、烷基烯丙基卤化铵、环氧氯丙烷与胺的反应产物三大类上,已经取得了显著进展。
1.1.3 非离子型人工合成类有机高分子絮凝剂
这类絮凝剂不具电荷,在水溶液中借质子化作用产生暂时性电荷,其凝集作用是以弱氢键结合,形成的絮体小且易遭受破坏。产品有非离子型聚丙烯酸胺和聚氧化乙烯(PEO)等。其中,PEO是由环氧乙烷在催化剂存在下经开环聚合而成,高聚合度的 PEO对水中悬浮的细小粒子具有絮凝作用,其相对分子质量越高絮凝效果越好。该化合物在用量大时表现出分散性,只有用量小时才表现出絮凝性。
1.1.4 两性型人工合成类有机高分子絮凝剂
两性型有机絮凝剂兼有阴、阳离子基团的特点, 在不同介质条件下,其离子类型可能不同,适于处理带不同电荷的体系。同时,其适应范围广,酸性、碱性介质中均可使用,抗盐性也较好。两性高分子絮凝剂的品种很多,其阴离子基团一般为羧基、硫酸基、磷酸基,阳离子基团一般为季铵盐基、喹啉鎓离子基、吡啶鎓离子基。其中聚丙烯酰胺类两性高分子絮凝剂是最重要的产品。
1.2 天然改性类高分子有机絮凝剂
天然改性类高分子有机絮凝剂是一类生态安全型絮凝剂,具有基本无毒,易生化降解,不造成二次污染的特点,且分子结构多样,分子内活性基团多, 可选择性大,易于根据需要采用不同的制备方法进行改性。目前,天然改性类高分子有机絮凝剂包括淀粉衍生物、木素衍生物和甲壳素衍生物等化学天然改性类高分子絮凝剂。
1.2.1 淀粉及其衍生物
由于淀粉是含有多羟基的天然高分子化合物, 其化学性质活泼,通过羟基的醚化、交联、接枝共聚等化学改性,其活性基团大大增加,聚合物呈枝化结构,分散了絮凝基团,对悬浮体系中颗粒物有更强的捕捉与絮凝作用。由于造纸配料中大部分微细颗粒和胶体都带有负电荷,对淀粉进行阳离子改性是一个重要的研究方向。阳离子淀粉主要有叔胺型、交联、季铵型等。近年来,淀粉(纤维素)-聚丙烯酸胺接枝共聚物研究取得了一定进展,其半刚性主链(淀粉、纤维素)和柔性主链上的聚丙烯酰胺支链以化学链紧密结合形成体积庞大的网状分子,絮凝能力强, 为淀粉改性产物提供了广阔的应用领域。
1.2.2 木素衍生物
木素分子结构复杂,含有醚键、双键、酚羟基、羰基和苯环等,可通过烷基化、羟甲基化、酯化、酸化等反应进行改性。
1.2.3 甲壳素及其衍生物
在自然界中,甲壳素的含量仅次于纤维素,是第二大天然有机高分子化合物,它是甲壳类动物和昆虫外骨骼的主要成分。脱除甲壳素分子中的乙酰基,得到壳聚糖———一种性能优良的阳离子絮凝剂。因为此类物质的分子中含有酰胺基、氨基、羟基,所以具有絮凝和吸附功能。在酸性介质中它可以有效地吸附水中带负电荷的微粒。
2 有机高分子化合物的絮凝化学
高分子的絮凝作用与电解质的聚沉作用完全不同,由电解质所引起的聚沉过程比较缓慢,所得到的沉淀颗粒紧密、体积小,这是由于电解质压缩了溶胶粒子的扩散双电层所引起的。按现代观点看,高分子的絮凝作用是由于吸附了溶胶粒子以后,高分子化合物本身的链段旋转和运动,将固体粒子聚集在一起而产生沉淀。DLVO理论对电解质的聚沉作用的描述比较完善。但是目前对高分子的絮凝作用的机理只能作定性说明。絮凝作用比聚沉作用有更大的实用价值。高分子化合物作为絮凝剂时,胶体颗粒和悬浮颗粒与高分子化合物的极性基团或带电基团作用,颗粒与高分子化合物结合,形成体积庞大的絮状沉淀物。因为高分子化合物的极性或带电基团很多,能够在短时间内同许多个颗粒结合,使体积增大的速度快,因此形成絮凝体的速度快,絮凝作用明显。目前得到广泛认同的絮凝作用机理包括电中和/吸附作用产生絮凝和吸附桥架作用产生絮凝两种。
在应用较高分子量的聚合物时,会发现絮凝有另外两个明显特征,一个是絮凝速度增加,另一个絮凝范围变宽,即絮凝可以在较宽广的聚合物浓度变化范围内发生。这两个特征与离子强度有关,当盐的浓度增大时,最佳絮凝速度减小,但絮凝发生的范围变宽。由于种种原因,架桥作用机理很难解释这些发现,而要应用所谓“局部静电区”模型。该模型认为,不可能使粒子表面上每一个带电吸附位均被中和,即使吸附了足够的聚合物使表面净电荷为零仍会有正电区或负电区存在。当粒子相撞时,正电区和负电区可能相互接触,而产生静电吸引,而在高离子强度下,上述作用的范围变小,絮凝速度提高较少,这样就可以解释絮凝范围变宽的效应。
阳离子型聚合物对负电粒子的絮凝有时可以看做是“架桥”与“电中和”同时发挥了作用。带负电的悬浮粒子可因静电作用而吸附高聚物并通过表面电荷中和而使双电层受到压缩,从而使粒子间距离缩短,因而阳离子型聚合物即使分子量比较低,也可在粒子间架桥。
3 影响有机高分子絮凝剂作用效果的因素
絮凝作用是复杂的物理和化学过程,絮凝处理效果是多种因素综合作用的结果。各影响因素也是复杂的和多方面的,处理过程中的每一个环节都很重要,忽视任何一方面都有可能导致絮凝处理的失败。因此,有必要讨论影响絮凝过程的主要因素。
3.1 高分子化合物的基团性质
高分子化合物的基团性质与絮凝有关,有良好絮凝作用的高分子化合物至少应具备有能吸附于固体表面的基团,同时这种基团还能溶解于水中,所以基团的性质对絮凝效果有十分重要的影响。常见的基团有:- COONa、- CONH2、- OH、- SO3Na 等。这些极性基团的特点是亲水性很强,在固体表面上能吸附。产生吸附的原因,最初认为是高分子电解质的大离子与胶体所带电荷相反的关系。但后来发现并不限于具有与胶体粒子电荷相反的高分子电解质,一些非离子型的高聚物,例如聚乙烯醇、聚氧乙烯等。甚至一些带负电荷的大分子,例如阿拉伯胶、淀粉等,对于带负电荷的溶胶,也有絮凝作用。因此,静电吸引决非是吸附的唯一因素。现在公认产生吸附的力,应当包括氢键和范德华引力,其实并非所有固体表面上都能吸附这些基团,吸附力的大小常取决于溶液和固体表面性质。所以在絮凝过程中,常通过调节pH值,外加高价离子、有机大离子以及表面活性剂等。使高分子化合物在某些固体表面上有选择性吸附,而在另外的一些固体表面上不吸附。这样可以在混合的悬浮体内产生选择性絮凝。
3.2 相对分子质量
聚合物必须具有一定的相对分子质量才有足够的链长度起架桥凝聚作用,相对分子质量越大,分子在溶液中的伸展度越大,架桥能力越强,絮凝速度越大。高分子化合物的相对分子质量与其最佳絮凝浓度呈直线关系,一般说来具有絮凝能力的高分子的相对分子质量至少在106左右,但是分子质量不能无限大,过高的分子量不仅溶解困难,大分子运动弛缓,而且吸附的固体粒子空间距离太远,不易聚集, 达不到絮凝效果。所以常根据实际需要,选用相对分子质量适当的絮凝剂。离子型絮凝剂与非离子型絮凝剂所需的最佳分子量不同,离子型高分子同胶粒产生静电作用,有利于克服位垒,因此所需的分子量较低。
3.3 支化结构
众所周知,在合成阳离子絮凝剂的乙烯基聚合反应中,因聚合条件不同,有可能生成支链聚合物。具有支化结构的高分子絮凝剂与同分子量的直链型絮凝剂相比,其分子链在溶液中的伸展度较小,因此可以预计其絮凝性能也会降低。对聚丙烯酰胺的研究证实了这一点,支链型PAM絮凝剂的絮凝效果比直链型要差。
但是,有研究者用铈盐或Fe2+-H2O2体系作催化剂,把2-羟基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲铵氯化物或甲基丙烯酸二甲铵乙酯之类阳离子型单体在淀粉上接枝,这种接枝共聚物的分子量、分子伸展度都比接枝前要大,因而提高了絮凝性能。研究表明,接枝度增加,絮凝性能改善。进一步的实验证明,接枝分子链数对絮凝效果影响不大,絮凝性能是随着接枝分子链长即分子量的增加而提高的。
此外,分子结构对高分子絮凝剂絮凝性能的影响还有分子量分布,离子型基团分布(嵌段共聚物与无规共聚物的差别)等等,但这类研究还鲜见报导。
3.4 pH值
pH值对絮凝作用的影响是非常大的。pH值对胶体颗粒表面的电荷(Zeta电位)、絮凝剂的性质和作用以及絮凝作用本身都有很大的影响。pH值对溶胶的影响,主要表现在胶体颗粒的电荷和电泳速度随pH值的变化而变化。pH值降低时,阳性溶液由于吸附了大量的H+,而使颗粒的电荷增大,电泳速度加快;pH值升高则得到与之相反的结果。对于阴性溶液,pH值上升,颗粒群吸附OH-增多电荷增加,电泳速度加快,pH值下降则相反。pH 值对上述颗粒电荷的影响,最终归结为对絮体成长和沉降量的影响。
一般情况下,阳离子型絮凝剂适合于在酸性和中性的pH值环境中使用。阴离子型絮凝剂适合于在中性和碱性的环境中使用。非离子型的絮凝剂则适合于从强酸性到碱性的环境中使用。另外,体系的pH值也直接影响到絮凝剂的用量。选择适当的 pH值时,可以节省大量的絮凝剂,降低成本,并且能够使絮凝作用进行得完全,絮凝效果良好。可见研究絮凝作用,必须研究pH值对絮凝作用的影响。
3.5 无机电解质
电解质的参与对有机高分子架桥作用的影响也是一个值得关注的问题。高分子要将带电颗粒物连接起来,它必须能够跨越两个颗粒之间相互接近时可以达到的最小距离,所以,只有当有机高分子的链能够充分伸展并跨越此距离时,才能实现两个颗粒之间的架桥。当有电解质加入后,颗粒表面的扩散层被压缩,颗粒间可以相互接近到更小的距离,对架桥絮凝就非常有利了。这是对电解质的电荷与颗粒物的表面电荷不同的情况,若相同的话,情形就较复杂了。
3.6 有机絮凝剂用量
高分子絮凝剂的用量并非越多越好。适当加入量的高分子絮凝剂起架桥作用,当其含量超过一定值时,许多高分子同时吸附在一个胶粒上,高分子失去架桥作用,反而把微粒保护起来,起稳定作用。最佳絮凝剂用量,与高分子絮凝剂的性质和分子量、悬浮液的pH值、固相粒度等许多因素有关,因此在实际使用过程中最佳絮凝剂用量通常由实验确定。
3.7 搅拌作用
为了使絮凝剂分布均匀,有利于絮凝剂分子与悬浮颗粒的作用,通常需进行搅拌。搅拌速度会影响絮凝效果。搅拌不充分,不利于絮凝剂分子与颗粒充分接触、有效捕集,对絮凝不利。搅拌速度过快、时间过长,会将形成的絮体打碎。
4 有机高分子絮凝剂发展趋势
有机高分子絮凝剂的发展,从其分子结构及分子量的微观角度来看,也有一定的发展趋势。
4.1 超高分子量絮凝剂
平均分子量大于106的水溶性高分子被人们普遍看作是高分子絮凝剂,最近几年更高分子量的高分子絮凝剂生产成为一种趋势,即“超高分子量絮凝剂”。与较低分子量的絮凝剂相比,超高分子量絮凝剂具有更结实的絮体。在特定的水处理应用中,对于给定的絮凝剂,如果高度的混和能起主导作用时, 絮体的强度是非常重要的。高分子量絮凝剂的更大优势是它们的有效投加量,与短链的低分子量絮凝剂相比,长链的高分子絮凝剂的性质增加了分子间相互有效结合的可能性,有效投加量特性作为一种减少化学预处理费用的方法是可取的。国外的报道中,超高分子量絮凝剂的性能优点已在排放污泥的预处理、赤泥絮凝及造纸工业的污水排放处理中充分显示出来,因为超高分子量絮凝剂的使用产生了更结实、对剪切力更稳定的絮体,也提高了在经济投加量下的沉降速度,使得固液分离更易操作。
4.2 交联絮凝剂
对于有机高分子的水溶性要求来说,人们普遍接受的絮凝理论认为分子尽可能是线性的。然而, 为了增强固液分离,适当控制高分子的交联或分叉水平能够得到意想不到的结果。交联絮凝剂的作用机理并没有很好的文献记录,很可能是交联高分子依附于一个固体表面之上,借助它的结构优点,一定的电荷比例使之能够与邻近的微粒相互作用,也就是说,交联高分子并不能完全吸收一个微粒的电荷。国外的研究人员已经发现在片刻的联结断裂后,电荷仍然是有效的。这样一来,絮凝和再絮凝机理就可以解释由交联絮凝剂产生的独特的水处理特性。
4.3 胶丸状絮凝剂
胶丸状絮凝剂是一个较新的概念,国外将它称为一种反离子体系。在这种体系中,一半的电荷被压缩并悬挂在具有反电荷的生成物上。胶丸状絮凝剂在煤炭污泥的絮凝中已显示出良好的性能优点即滤饼含水量大大降低。
4.4 低分子量絮凝剂的特殊用途
增加分子量已经促使超高分子量絮凝剂取得一定的经济优势,这尤其对于合成有机高分子絮凝剂和天然有机高分子改性絮凝剂是一大趋势。但与增加分子量这种趋势相反,低分子量絮凝剂在一些特殊场合的应用也赢得了信任,此时低分子量的絮凝剂就比高分子量的絮凝剂产生的滤饼更紧密。
广西壮族自治区南宁市兆冠环保科技有限公司专业致力于水处理环保领域，是一家技术实力雄厚的生产型企业。公司拥有一支高素质水处理专业技术人员组成的生产、工程技术和销售团队。在清水消毒、循环水处理、中水回用、化学水处理、污水处理等多个项目有着先进的技术和质量优良的产品。我公司同时是进口美国阳光反渗透药剂西南地区总代理和美国海德能膜广西地区推广中心，可协助用户对水质进行检测，从而运用最高效、经济的解决方案。本公司的产品已广泛应用于电子、 医药、造纸、制糖、化工、饮水、电镀、纺织印染等行业。公司以“诚信为本、求实创新，品质兼优、服务至上”为企业宗旨，以“诚信求实、开拓创新、追求双赢”为经营理念，通过先进的技术、优质的产品、优惠的价格、完善的服务，带给广大客户最大的利益！
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无机絮凝剂
1.1 无机絮凝剂的分类和性质
无机絮凝剂按金属盐可分为铝盐系及铁盐系两大类；铝盐以硫酸铝、氯化铝为主，铁盐以硫酸铁、氯化铁为主。后来在传统的铝盐和铁盐的基础上发展合成出聚合硫酸铝、聚合硫酸铁等新型的水处理剂，它的出现不仅降低了处理成本，而且提高了功效。这类絮凝剂中存在多羟基络离子，以OH-为架桥形成多核络离子，从而变成了巨大的无机高分子化合物，相对分子质量高达1×105。无机聚合物絮凝剂之所以比其他无机絮凝剂能力高、絮凝效果好，其根本原因就在于它能提供大量的如上所述的络合离子，能够强烈吸附胶体微粒，通过粘附、架桥和交联作用，从而促使胶体凝聚。同时还发生物理化学变化，中和胶体微粒及悬浮物表面的电荷，降低了Zeta电位，使胶体粒子由原来的相斥变成相吸，破坏了胶团的稳定性，促使胶体微粒相互碰撞，从而形成絮状混凝沉淀，而且沉淀的表面积可达(200-1000)m2/g，极具吸附能力。也就是说，聚合物既有吸附脱稳作用，又可发挥黏附、桥联以及卷扫絮凝作用。
1.2 改性的单阳离子无机絮凝剂
除常用的聚铝、聚铁外，还有聚活性硅胶及其改性品，如聚硅铝(铁)、聚磷铝(铁)。改性的目的是引入某些高电荷离子以提高电荷的中和能力，引入羟基、磷酸根等以增加配位络合能力，从而改变絮凝效果，其可能的原因是：某些阴离子或阳离子可以改变聚合物的形态结构及分布，或者是两种以上聚合物之间具有协同增效作用。
近年来国内相继研制出复合型无机絮凝剂和复合型无机高分子絮凝剂。聚硅酸絮凝剂(PSAA)由于制备方法简便，原料来源广泛，成本低，是一种新型的无机高分子絮凝剂，对油田稠油采出水的处理具有更强的除油能力，故具有极大的开发价值及广泛的应用前景。聚硅酸硫酸铁(PFSS)絮凝剂，发现高度聚合的硅酸与金属离子一起可产生良好的混凝效果。将金属离子引到聚硅酸中，得到的混凝剂其平均分子质量高达2×105，有可能在水处理中部分取代有机合成高分子絮凝剂。聚磷氯化铁(PPFC)中PO43-高价阴离子与Fe3+有较强的亲和力，对Fe3+的水解溶液有较大的影响，能够参与Fe3+的络合反应并能在铁原子之间架桥，形成多核络合物；对水中带负电的硅藻土胶体的电中和吸附架桥作用增强，同时由于PO43-的参与使矾花的体积、密度增加，絮凝效果提高。聚磷氯化铝(PPAC)也是基于磷酸根对聚合铝(PAC)的强增聚作用，在聚合铝中引入适量的磷酸盐，通过磷酸根的增聚作用，使得PPAC产生了新一类高电荷的带磷酸根的多核中间络合物。聚硅酸铁(PSF)它不仅能很好地处理低温低浊水，而且比硫酸铁的絮凝效果有明显的优越性，如用量少，投料范围宽，矾花形成时间短且形态粗大易于沉降，可缩短水样在处理系统中的停留时间等，因而提高了系统的处理能力，对处理水的pH值基本无影响。
1.3 改性的多阳离子无机絮凝剂
聚合硫酸氯化铁铝(PAFCS)在饮用水及污水处理中，有着比明矾更好的效果；在含油废水及印染废水中PAFCS比PAC的效果均优，且脱色能力也优；絮凝物比重大，絮凝速度快，易过滤，出水率高；其原料均来源于工业废渣，成本较低，适合工业水处理。铝铁共聚复合絮凝剂也属这类产品，它的生产原料氯化铝和氯化铁均是廉价的传统无机絮凝剂，来源广，生产工艺简单，有利于开发应用。铝盐和铁盐的共聚物不同于两种盐的混合物，它是一种更有效地综合了PAC和FeCl3的优点，增强了去浊效果的絮凝剂。
随着人们对水处理认识的不断提高，残留铝对生物体产生的毒害作用倍受人们的关注，如何减少二次污染的问题已经越来越引起重视。国内现有生产方法制得的饮用水中铝含量比原水一般高1-2倍。饮用水中残留铝等含量高，原因可能是絮凝过程不完善，导致部分铝以氢氧化铝的微细颗粒存在于水中。采用强化絮凝净化法，改善絮凝反应条件，延长慢速絮凝时间等可有效地降低铝等含量。考虑到无机絮凝剂具有一定的腐蚀性和毒性对人类健康和生态环境会产生不利影响，人们研制开发出了有机高分子絮凝剂。
有机高分子絮凝剂
有机高分子絮凝剂出现于20世纪50年代，它们应用前途广阔，发展非常迅速。已用于给水净化，水/油体系破乳，含油废水处理，废水再资源化及污泥脱水等方面；还可用作油田开发过程的泥浆处理剂，选择性堵水剂，注水增稠剂，纺织印染过程的柔软剂，静电防止剂及通用的杀菌、消毒剂等。
2.1 有机高分子絮凝剂种类和性质
有机高分子絮凝剂有天然高分子和合成高分子两大类。从化学结构上可以分为以下3种类型：(1)聚胺型-低分子量阳离子型电解质；(2)季铵型-分子量变化范围大，并具有较高的阳离子性；(3)丙烯酰胺的共聚物-分子量较高，可以几十万到几百万、几千万，均以乳状或粉状的剂型出售，使用上较不方便，但絮凝性能好。根据含有不同的官能团离解后粒子的带电情况可以分为阳离子型、阴离子型、非离子型3大类。有机高分子絮凝剂大分子中可以带-COO-、-NH-、-SO3、-OH等亲水基团，具有链状、环状等多种结构。因其活性基团多，分子量高，具有用量少，浮渣产量少，絮凝能力强，絮体容易分离，除油及除悬浮物效果好等特点，在处理炼油废水，其它工业废水，高悬浮物废水及固液分离中阳离子型絮凝剂有着广泛的用途。特别是丙烯酰胺系列有机高分子絮凝剂以其分子量高，絮凝架桥能力强而显示出在水处理中的优越性。
2.2 非离子型有机高分子絮凝剂
非离子型有机高分子絮凝剂主要是聚丙烯酰胺。它由丙烯酰胺聚合而得。
2.3 阴离子型有机高分子絮凝剂
(1)阴离子型有机高分子絮凝剂主要有聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钙以及聚丙烯酰胺的加碱水解物等聚合物。
(2)丙烯酰胺和苯乙烯磺酸盐、木质磺酸盐、丙烯酸、甲基丙烯酸等共聚物。
2.4 阳离子型有机高分子絮凝剂
2.4.1 季铵化的聚丙烯酰胺
季铵化的聚丙烯酰胺阳离子均是将-NH2经过羟甲基化和季铵化而得，可以分为聚丙烯酰胺阳离子化和阳离子化丙烯酰胺聚合。
(1)由聚丙烯酰胺季铵化
聚丙烯酰胺(PAM)先与甲醛水溶液反应，酰胺基部分羟甲基化，其次与仲胺反应进行烷胺基化，然后与盐酸或胺基化试剂反应使叔胺季铵化。
(2)由季铵化的丙烯酰胺聚合
在碱性条件下，先由丙烯酰胺与甲醛水溶液反应，然后与二甲胺反应，冷却后加盐酸季铵化。产物经蒸发浓缩、过滤，得季铵化丙烯酰胺单体。
2.4.2 聚丙烯酰胺的阳离子衍生物
这类产品多是由丙烯酰胺与阳离子单体共聚合得到的。
2.5 两性聚丙烯酰胺聚合物
以部分水解聚丙烯酰胺加入适量甲醛和二甲胺，通过曼尼兹反应合成出具有带负电荷羧基和带正电荷的胺甲基的两性型聚丙烯酰胺絮凝剂。
2.6 丙烯酰胺接枝共聚物
因为淀粉价廉来源丰富，其本身也是高分子化合物，它具有亲水的刚性链，以这种刚性链为骨架，接上柔性的聚丙烯酰胺支链，这种刚柔相济的网状大分子除了保持原聚丙烯酰胺的功能之外，还具有某些更为优异的性能。
由于大多数有机高分子絮凝剂本身或其水解、降解产物有毒，且合成用丙烯酰胺单体有毒，能麻醉人的中枢神经，应用领域受到一定限制，迫使絮凝剂向廉价实用、无毒高效的方向发展。
微生物絮凝剂
3.1 微生物絮凝剂概述
国外微生物絮凝剂的商业化生产始于20世纪90年代，因不存在二次污染，使用方便，应用前景诱人。如红平红球菌及由此制成的NOC-1是目前发现的最佳微生物絮凝剂，具有很强的絮凝活性，广泛用于畜产废水、膨化污泥、有色废水的处理。我国微生物絮凝剂的制品尚未见报导。
微生物絮凝剂主要包括利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂，利用微生物细胞壁代谢产物的絮凝剂、直接利用微生物细胞的絮凝剂和克隆技术所获得的絮凝剂。微生物产生的絮凝剂物质为糖蛋白、粘多糖、蛋白质、纤维素、DNA等高分子化合物，相对分子质量在105以上。
微生物絮凝剂是利用生物技术，从微生物体或其分泌物提取、纯化而获得的一种安全、高效，且能自然降解的新型水处理剂。由于微生物絮凝剂可以克服无机高分子和合成有机高分子絮凝剂本身固有的缺陷，最终实现无污染排放，因此微生物絮凝剂的研究正成为当今世界絮凝剂方面研究的重要课题。
3.2 微生物絮凝剂的种类和性质
微生物絮凝剂的研究者早就发现，一些微生物如酵母、细菌等有细胞絮凝现象，但一直未对其产生重视，仅是作为细胞富集的一种方法。近十几年来，细胞絮凝技术才作为一种简单、经济的生物产品分离技术在连续发酵及产品分离中得到广泛的应用。微生物絮凝剂是一类由微生物产生的具有絮凝功能的高分子有机物。主要有糖蛋白、粘多糖、纤维素和核酸等。从其来源看，也属于天然有机高分子絮凝剂，因此它具有天然有机高分子絮凝剂的一切优点。同时，微生物絮凝剂的研究工作已由提纯、改性进入到利用生物技术培育、筛选优良的菌种，以较低的成本获得高效的絮凝剂的研究，因此其研究范围已超越了传统的天然有机高分子絮凝剂的研究范畴。具有分泌絮凝剂能力的微生物称为絮凝剂产生菌。最早的絮凝剂产生菌是Butterfield从活性污泥中筛选得到。1976年，Nakamura j.等人从霉菌、细菌、放线菌、酵母菌等菌种中，筛选出19种具有絮凝能力的微生物，其中以酱油曲霉(Aspergillus souae)AJ7002产生的絮凝剂效果最好。1985年，Takagi H等人研究了拟青霉素(Paecilomyces sp.l-1)微生物产生的絮凝剂PF101。PF101对枯草杆菌、大肠杆菌、啤洒酵母、血红细胞、活性污泥、纤维素粉、活性炭、硅藻土、氧化铝等有良好的絮凝效果。1986年，Kurane等人利用红平红球菌 (Rhodococcuserythropolis)研制成功息生物絮凝剂NOC-1，对大肠杆菌、酵母、泥浆水、河水、粉煤灰水、活性碳粉水、膨胀污泥、纸浆废水等均有极好的絮凝和脱色效果，是目前发现的最好的微生物絮凝剂。
絮凝剂的分子质量、分子结构与形状及其所带基团对絮凝剂的活性都有影响。一般来讲，分子量越大，絮凝活性越高；线性分子絮凝活性高，分子带支链或交联越多，絮凝性越差；絮凝剂产生菌处于培养后期，细胞表面蔬水性增强，产生的絮凝剂活性也越高。处理水体中胶体离子的表面结构与电荷对絮凝效果也有影响。一些报道指出，水体中的阳离子，特别是Ca2+、Mg2+的存在能有效降低胶体表面负电荷，促进“架桥”形成。另外，高浓度Ca2+的存在还能保护絮凝剂不受降解酶的作用。微生物絮凝剂絮凝范围广、絮凝活性高，而且作用条件粗放，大多不受离子强度、pH值及温度的影响，因此可以广泛应用于污水和工业废水处理中。微生物絮凝剂高效、安全、不污染环境的优点，在医药、食品加工、生物产品分离等领域也有巨大的潜在应用价值。
结 语
纵观絮凝剂的现状可以看出，絮凝剂的品种繁多，从低分子到高分子，从单一型到复合型，总的趋势是向廉价实用、无毒高效的方向发展。无机絮凝剂价格便宜，但对人类健康和生态环境会产生不利影响；有机高分子絮凝剂虽然用量少，浮渣产量少，絮凝能力强，絮体容易分离，除油及除悬浮物效果好，但这类高聚物的残余单体具有“三致”效应(致崎、致癌、致突变)，因而使其应用范围受到限制；微生物絮凝剂因不存在二次污染，使用方便，应用前景诱人。微生物絮凝剂将可能在未来取代或部分取代传统的无机高分子和合成有机高分子絮凝剂。微生物絮凝剂的研制和应用方兴未艾，其特性和优势为水处理技术的发展展示了一个广阔的前景。
产品简介：聚丙烯酰胺（Polyscrylamide）简称PAM，分阳离子、阴离子型、非离子型，分子量从400-2000万之间，产品外观为白色粉末，易溶于水，温度超过120℃时易分解。
- 产品性能：
聚丙烯酰胺分子中具有阳性基团（-CONH2），能与分散于溶液中的悬浮粒子吸附和架桥，有着极强的絮凝作用，因此广泛用于水处理以及冶金、造纸、石油、化工、纺织、选矿等领域。PAM用作污水处理，对水中有机物去除效率高，用量少，沉降速度快，制水成本低，是其它絮凝剂无法替代的产品。
- 聚丙烯酰胺分为：阴离子型、阳离子型和非离子型。
阴离子型主要用于生活生产用水，工业和城市污水处理。亦适用于氧化铝制备过程中赤泥的絮凝沉淀及泥液分离。阳离子型分子量偏高，主要用于水悬浊液和悬浊物的絮凝沉淀，酸性和偏酸性溶液含有有机悬浊物时絮凝是很困难的。在这种情况下，阳离子型聚丙烯酰胺能有效的进行絮凝沉淀，显示其突出的性能。使用形态为0.1-0.2%水溶液，必须用Ph≤7的水配制，配成稀溶液后极易水解。应随配随用或在当天用完，不宜长时间存放。
- 使用方法：PAM用于水处理可以单独使用，也可以和PAC配合使用，但两者搅拌必须分开进行，根据各自情况确定稀释时加水量和投加量大小。
- 产品包装及储存：本产品用双层密封包装，内层采用无毒性聚乙烯塑料袋，外层塑料编织袋，每袋净重25kg。注意防潮，避免包装破损，应在清洁干燥的环境中存放。
阴离子型聚丙烯酰胺
- 特性：
主要用于处理以无机物固体为主的中性悬浮液。
- 用途：
阴离子聚丙烯酰胺在城市和工业废水处理中，用于提高废水中悬浮固体，BOD和磷酸盐的去除效果。在初级废水沉淀池中投加0.25mg/L水解聚丙烯酰胺，悬浮物和BOD的去除率可分别提高至66%-23%；在二级废水处理沉淀池中加入0.3mg/L的阴离子絮凝剂，悬浮固体和BOD的去除率则可分别提高至87%和91%；而除磷效果由原来的35%提高至91%在饮用水和生活废水处理中，用于表面水澄清、冲洗废水的澄清和滤液调整等过程。在采矿中，用于洗煤水澄清和浮选尾矿、精煤过滤、尾矿（渣）脱水，浮选尾矿澄清、精矿增稠和过滤、钾碱的热溶液和浮选加工液澄清、萤石和重晶石的浮选尾矿的澄清，还用于盐加工的原盐水，污泥脱水的澄清以及磷酸盐矿回收水的处理等。在铸造和多属制造工业中，用于平炉气体洗涤水的净化，粉末冶金厂和酸洗厂废水的澄清，电解液的净化和电镀废液的澄清。
阳离子型聚丙烯酰胺
- 产品概述:
阳离子聚丙烯酰胺是由阳离子单体（DM、DMC、CPF、KMKAAC、DMAEMA等）个丙烯酰胺共聚，以造粒、干燥、粉碎而成，产品外观呈白色细小颗粒或粉末。
- 主要用途:
1、污泥脱水:根据污泥性质可选用本产品的相应产品的相应的分子量的产品，可有效在污泥进入压滤之前进行重力污泥脱水。脱水时，产生絮团大，不粘滤布，在压滤时不流散，用量少，脱水效率高，泥饼含水率在80%以下。
2、污水和有机废水的处理:本产品在酸性和碱性介质中均呈现阳电性，这样对污水中悬浮颗粒带阴电荷的污水进行絮凝沉淀，如酒精厂废水、啤酒厂废水、味精厂废水、制糖厂废水、肉食厂废水、饮料厂废水、纺织印染厂废水等，用阳离子聚丙烯酰胺要比用阴离子聚丙烯酰胺、非离子聚丙烯酰胺或无机盐效果要高数倍或数十倍，因为这类水普通带有阴电荷。
3、自来水厂处理絮凝剂:该产品具有用量少，效果好，成本低等特点，特别是和无机絮凝剂复配使用效果更好。它将成为治理长江，黄河及其它流域的自来水厂的高效絮凝剂。
4、造纸助剂:阳离子PAM纸张增强剂是一种含氨基甲酰基的水溶性阳离子聚合物，具有增强、助留、助滤等功能，可有效地提高纸张的强度。同时该产品也是一种高效分散剂
5、油田化学品:聚丙烯酰胺在油田钻探和油田开采也具有一定的化学作用，如它可做为粘土防膨剂、油田酸化用稠化剂品等。
非离子型聚丙烯酰胺
- 产品概述
非离子聚丙烯酰胺是丙烯酰胺单体的均聚物，经造粒、干燥、粉碎而成，产品外观呈白色细小颗粒或粉末状固体。
- 主要用途
1、各种改性聚丙烯酰胺的基础原料
如阴离子聚丙烯酰胺，可根据用途选择不同牌号的非离子聚丙烯酰胺作基础原料进行水解而得，曼尼奇阳阳离子聚丙烯酰胺，最主要的基础原料之一。
2、纺织工业助剂
添加一些其它化学品可配制成化学浆料，用于纺织品上浆，可以提高粘着性，渗透性和脱浆的性能，是纺织品具有防静电性，减少绞浆斑，布机断头率和落物，因此，它成为纺织工业中都要的化学助剂。
3、可用作污水处理
当污水显酸性悬浮液时，采用非离子聚丙烯酰胺，作絮凝剂最为合适，这时PAM起的是吸附作用，使悬浮的粒子产生絮凝沉淀，达到净化水的目的，也可用作饮用水处理，本产品无毒性，尤其是和无机絮凝剂配合使用，在水处理效果上最佳。
4、化学灌浆剂
用9.5份非离子聚丙烯酰胺加上0.5份N，N——甲叉双丙烯酰胺混溶可作为堤坝、地墓、隧道等堵水的化学灌浆剂。
5、防沙固沙
将非离子聚丙烯酰胺成0.3%浓度的溶液，在加入交联剂，喷洒在沙漠上，可起到防沙固沙的作用。折中方法量少、成本低而且又方便，是治理沙漠防止沙漠化的最有效的方法之一。
6、土壤保湿剂
非离子聚丙烯酰胺具有很强的吸湿性，它可以保持土壤的水分，在干旱的地区，使用该产品可以改良土壤。
7、油田调剖堵水剂
非离子聚丙烯酰胺和本质纤维素配合，再加入一定的化学助剂，可以广泛用作油田调剖堵水剂。
聚丙烯酰胺的使用方法和注意事项 聚丙烯酰胺使用注意事项 1、粉状聚丙烯酰胺不宜直接投加使用，须用干净的水（如自来水）溶解均匀后再按一定的比例投加使用； 2、建议聚丙酰烯胺溶解时浓度控制在0.1%—0.3%。一般使用时再二次稀释。 3、溶解时聚丙烯酰胺缓慢均匀地加入到带有搅拌的水相中，搅拌速度不应强烈（搅拌叶未端线速度控制在8米/秒以下）以免造成聚丙烯酰胺减切力下降；加料过快亦结成团，形成“鱼眼”。 4、 水温不要超过60℃，常温即可。 5、 配置好的聚丙酰烯胺溶解液存放，阳离子PAM不宜超过一天，阴离子PAM不宜超过两天，以免降解。 6、溶解液不要接触铁离子，铁离子是催化剂易使聚丙烯酰胺分解。 7、泵料时，建议用隔膜或真空抽料或低压离心泵（因高速旋转泵叶易使聚丙烯酰胺降解）。 工业污水处理的应用聚丙烯酰胺具有能吸附微粒的官能团的线性高分子化合物，象一条长绳将一条微粒吸附在一起形成团絮状聚丙烯酰胺长碳链，在微粒之间起着架桥作用，近年来作为高分子絮凝剂在环保领域被广泛使用。可广泛应用于各种工业污水处理：造纸业，食品业，纺织业、酿酒业、石油化工、皮革业、油田废水等。由于上述工业污水的性质各不相同，性质变化很大，所以最佳的产品选择要有实验室实验决定。通常两种甚至三种产品联合使用效果最佳。在产品选型方面应注意以下几个方面： 1）气候变化（温度）影响絮凝剂的选型 2）根据处理工艺要求的絮体大小选择絮凝剂的分子量。 3）絮凝剂的水解度必须通过实验进行筛选。 4）可以通过提高絮凝剂的分子量来提高絮体的强度。 5）处理前絮凝剂必须和污泥充分混合溶解。 6）絮凝剂的选择必须充分考虑到工艺和设备的要求。
产品名称:
[中文名称] 聚丙烯酰胺 絮凝剂3号; 聚丙烯酰胺胶体Ⅰ型; 聚丙烯酰胺胶体Ⅱ型 [英文名称]Polyacrylamide缩写PAM. [分子式]C3H5NO
产品特性:
该产品的分子能与分散于溶液中的悬浮粒子架桥吸附，有着极强的絮凝作用。密度=1.3
主要用途:
该产品具有高分子化合物的水溶性以及其主链上活泼的酰基，因而在石油开采、水处理、纺织印染、造纸、选矿、洗煤、医药、制糖、养殖、建材、农业等行业具有广泛的应用，有“百业助剂”、 “万能产品”之称。
1 水处理领域
PAM在水处理工业中的应用主要包括原水处理、污水处理和工业水处理3个方面。在原水处理中，PAM与活性炭等配合使用，可用于生活水中悬浮颗粒的凝聚和澄清；在污水处理中。PAM可用于污泥脱水；在工业水处理中，主要用作配方药剂。在原水处理中，用有机絮凝剂PAM代替无机絮凝剂，即使不改造沉降池，净水能力也可提高20%以上。所以目前许多大中城市在供水紧张或水质较差时，都采用PAM作为补充。在污水处理中，采用PAM可以增加水回用循环的使用率。
2 石油采油领域
在石油开采中，主要用于钻井泥浆材料以及提高采油率等方面，广泛应用于钻井、完井、固井、压裂、强化采油等油田开采作业中，具有增粘、降滤失、流变调节、胶凝、分流、剖面调整等功能。目前我国油田开采已经步入中后期，为提高原油采收率，目前主要推广聚合物驱油和三元复合驱油技术。通过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。目前国外聚丙烯酰胺在油田方面的应用不多，我国由于特殊的地质条件，大庆油田和胜利油田已经开始广泛采用聚合物驱油技术。
3 造纸领域
PAM在造纸领域中广泛用作驻留剂、助滤剂、均度剂等。它的作用是能够提高纸张的质量，提高浆料脱水性能，提高细小纤维及填料的留着率，减少原材料的消耗以及对环境的污染等。在造纸中使用的效果取决于其平均分子量、离子性质、离子强度及其它共聚物的活性。非离子型PAM主要用于提高纸浆的滤性，增加干纸强度，提高纤维及填料的留着率；阴离子型共聚物主要用作纸张的干湿增强剂和驻留剂；阳离子型共聚物主要用于造纸废水处理和助滤作用，另外对于提高填料的留着率也有较好的效果。此外，PAM还应用于造纸废水处理和纤维回收。
4 纺织印染工业
在纺织工业中，PAM作为织物后处理的上浆剂、整理剂，可以生成柔顺、防皱、耐霉菌的保护层。利用它的吸湿性强的特点，能减少纺细纱时的断线率；PAM作后处理剂可以防止织物的静电和阻燃；用作印染助剂时，可使产品附着牢度大、鲜艳度高，还可以作为漂白的非硅高分子稳定剂；此外，还可以用于纺织印染污水的高效净化。
5 其他领域
在采矿、洗煤领域，采用PAM作絮凝剂可促进采矿、洗煤回收水中固体物的沉降，使水澄清，同时可回收有用的固体颗粒，避免对环境造成污染；在制糖工业中，可加速蔗汁中细粒子的下沉，促进过滤和提高滤液的清澈度；在养殖工业中，可改善水质，增加水的透光性能，从而改善水的光合作用；在医药工业中，可用作分离抗菌素的絮凝剂、用作药片的赋型粘接剂以及工艺水澄清剂等；在建材工业中，可用作涂料增稠分散剂、锯石板材冷却剂以及陶瓷粘接剂等；在农业上，可作为高吸水性材料可用作土壤保湿剂以及种子培养剂等。在建筑工业中，可以增强石膏水泥的硬度，加速石棉水泥的脱水速度。此外，还可用作天然或合成皮革的保护涂层以及无机肥料的造粒助剂等。
理化指标：
该产品俗称絮凝剂或凝聚剂，是线状高分子聚合物，分子量在300-2500万之间，固体产品外观为白色粉颗，液态为无色粘稠胶体状，易溶于水，几乎不溶于有机溶剂。应用时宜在常温下溶解，温度超过150℃时易分解。属非危险品、无毒、无腐蚀性。固体PAM有吸湿性、絮凝性、粘合性、降阻性、增稠性、同时稳定性好。
使用方法：
1. 溶解方法
使用前先将固体颗粒溶解成1‰---5‰浓度的水溶液,以便迅速发挥效力.在加药时,应采取渐次性家药方式,慢慢的投如水中,便之均匀的在水中分散,溶解.
2. 溶解液的添加
通常是添加约0.5‰---1‰的水溶液,但在悬浊液的高浓度和高粘度的场合,建议将水溶液进一步,稀释成为0.1‰,则将容易混合而发挥充分的效果.
3. 阳离子较阴离子分子量偏低因而粘度也较阴离子弱,故阳离子,非离子配比浓度标准要比阴离子略高.(视情况而定,同样可以依据水浓度适当调整浓度浊度高,浓度低.浊度低可以以适当增加浓度).建议浓度为5‰--1%.
注意：
1. 配制PAM水溶液时,应在搪瓷,镀锌,铝制或塑料桶内进行,不可在铁容器内配制和贮存.
2. 溶解时,应注意将产品均匀的慢慢地加入带搅拌和加热措施的溶解器中,应避免结固,溶液在适宜温度下配制,并应避免长时间过剧的机械剪切.建议搅拌器60—200转/min,否则会导致聚合物降解,影响使用效果.
3. PAM水溶液应做到现用现配,当溶解液长时间放置,其性能将会视水质的情况而逐渐降低.
4. 在对悬浊液添家絮凝剂水溶液之后,如果长时间激烈地进行搅拌的话,将会破坏已经形成的絮凝物
在我们对污水进行前段处理时，一般的处理工艺都是用聚合氯化铝PAC与聚丙烯酰胺PAM(一般采用阴离子絮凝剂）做组合，然而这样的组合有什么好处呢？为什么要做这种组合，传统工艺也有直接用PAC处理的，PAC的侨联能力也相对有机高分子较差些。如果PAC在完成凝聚后继续增加用量，这样的话污水的悬浮物的相面电荷阳性过量，会直接导致去浊效果逆转，通俗的说也就是如果你加PAC的量过了，污水的浊度很难改善，甚至发生相反的作用，这样做的话成本就增加了很多，造成后面加阴离子聚丙烯酰胺的量更大来满足用大量的阴性电荷去中和，水体的阳电荷值，，聚合氯化铝和聚丙烯酰胺组合这种简单有效的处理方法被行业人士认可和推广。
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