有机高分子絮凝剂的研究与发展.docx

有机高分子絮凝剂的研究与发展摘 要:有机高分子絮凝剂的研究、生产和应用已成为一门迅速发展的科学和技术对絮凝机理进行了系统的总结，并分析了有机高分子絮凝剂在废水解决中的有关应用以及发展前景核心词:,絮凝化学,絮凝机理,污水解决,1 简介絮凝剂按照其化学成分总体可分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两类其中无机絮凝剂又涉及无机凝聚剂和无机高分子絮凝剂;有机絮凝剂又涉及合成有机高分子絮凝剂、天然有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂有机絮凝剂的长处是比较经济、用法简朴;但用量大、絮凝效果低，并且存在成本高、腐蚀性强的缺陷有机高分子絮凝剂是2０世纪60年代后期才发展起来的一类新型废水解决剂与老式絮凝剂相比，它能成倍的提高效能，且价格较低，因而有逐渐成为主流药剂的趋势加上产品质量稳定，有机聚合类絮凝剂的生产已占絮凝剂总产量30%～60%某些天然的高分子有机物例如含羧基较多的多聚糖和含磷酸基较多的淀粉均有絮凝性能用化学措施在大分子中引入活性基团可提高这种性能，如将一种天然多糖进行醚化反映引入羧基、酰胺基等活性基团后,絮凝性能较好,可加速蔗汁沉降将天然的高分子物质如淀粉、纤维素、壳聚糖等与丙烯酰胺进行接枝共聚，聚合物有良好的絮凝性能,或兼有某些特殊的性能。

国内研制的某些产品，重要应用于污水解决和污泥脱水由于大多数有机高分子絮凝剂自身或其水解、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,迫使絮凝剂向便宜实用、无毒高效的方向发展2 絮凝机理目前,觉得絮凝作用机理是凝聚和絮凝两种作用过程的总和在对高分子的絮凝模式及作用机理进行大量研究后,重要提出了“架桥”絮凝模式并加以解释,但仅仅是定性地解释了高聚物的“架桥”絮凝机理电子显微镜技术的不断发展促使人们从絮体的真实构造去研究絮凝过程Ａtｔia，采用染色法、包埋法、投影法等在透射电子显微镜下观测了孔雀石在ＰＡM作用下的絮团,由于浓度高,所得图像并不十分清晰和直观宋少先等,采用沉降分析法，以Stｏks直径来表征絮团的粒度,但所获得的粒度并不是絮团真正意义上的粒度Ching等人,采用流动脉动絮凝检测技术,检测絮体颗粒瞬时增长状态及其变化，所获得的絮凝指数仅是个参数,不能表达絮团的真实粒度郭玲香、胡明星，采用透射电子显微镜拍摄煤泥“架桥”絮凝图像，并应用数学形态学图像解决理论，提取与煤泥絮凝过程有关的微观构造参数，定量地研究了高聚物的絮凝作用机理2.1非离子有机高分子絮凝剂非离子有机高分子絮凝剂涉及常用的聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯。

通过度子链中－COＮH2官能团与悬浮物发生吸附架桥作用，增大絮体矾花的尺寸,有助于其迅速沉降而除去,其絮凝效果与聚合物的相对分子质量密切有关提高聚合物相对分子质量,有助于增大絮凝剂在水相的流体力学尺寸或体积,从而提高其絮凝网捕能力,有效减少絮凝剂的使用浓度，提高絮凝效率长春应用化学研究所研制的优质聚丙烯酰胺相对分子质量已达12×1０6游离丙烯酰胺含量低于0．05%,产品水溶性良好,逐渐缩小了与国外同类产品的差距该类絮凝剂是一种无机物或悬浮物的絮凝助剂,具有明显的非选择性２.2阴离子有机高分子絮凝剂阴离子絮凝剂既可以是非离子絮凝剂聚丙烯酰胺的水解产物,也可以是丙烯酰胺与乙烯类磺酸盐或丙烯酸盐、马来酸盐等的共聚产物絮凝剂分子中存在适量的阴离子基团，有助于絮凝剂分子链的伸展，提高其网捕絮体的能力，增强其絮凝效果;该作用与絮凝剂对混凝絮体的吸附作用及方式互相制约，阴离子有机高分子絮凝剂中阴离子基团含量存在最佳值但阴离子有机高分子絮凝剂相对分子质量增长,往往使其最佳用量增长由于阴离子有机高分子絮凝剂自身带负电,因此仍重要用作无机混凝剂的絮凝助剂,且受介质的pＨ值、矿化度、高价金属离子含量影响较大；介质pH值下降、矿化度和高价金属盐含量增长,则其絮凝效果明显变差，甚至失效。

因此阴离子型聚丙烯酰胺重要用于选矿、冶金、洗煤、食品行业和石油钻井过程中的固液分离或其她中、碱性条件下高浊度水的解决2.3阳离子有机高分子絮凝剂阳离子有机高分子絮凝剂可通过乙烯单体聚合合成、高分子反映及缩合聚合等措施得到，是目前有机高分子絮凝剂品种发展的重要方向与非离子和阴离子有机高分子絮凝剂相比,阳离子有机高分子絮凝剂相对分子质量的相对较低，为10５~1０7其絮凝效果与无机絮凝剂相似，只能使悬浮物形成小而致密的絮团，其聚沉效果较差,需进一步与高相对分子质量的有机高分子絮凝剂合用,提高其絮凝效果高相对分子质量聚合物阳离子絮凝剂,因其分子构造中具有数目众多的阳离子基团，可使絮凝剂通过静电作用吸附于荷负电的悬浮物颗粒、带负电的乳化油滴和含阴离子基团的水溶性有机胶质上,使悬浮颗粒凝聚、絮凝沉降，乳化油滴凝聚变大、上浮或破乳，阴离子型溶解有机污染物与之静电相吸而聚沉等，因此其具有凝聚和絮凝的双重功能，可有效地减少水的浊度、含油量和ＣOD值此外,阳离子有机高分子絮凝剂运用其特有的季铵基团，可有效杀死病毒或微生物并使之聚沉，而季铵基团中的疏水性烷基则可有效地与水中的三卤代烷烃产物缔合,使水中的总有机碳含量（TＯC)趋势明显减少。

使阳离子有机高分子絮凝剂在饮用水解决及海洋赤潮治理中呈现了良好的发展趋势和广阔的应用前景2.4两性离子有机高分子絮凝剂两性离子有机高分子絮凝剂可由大分子反映、共聚合成等措施制备，兼有阴、阳离子基团的特点美国Sｔephｅn和日本Takeｄa等觉得，阴、阳离子基团含量不适宜过高,且阳离子基团应高于阴离子基团,此时絮凝效果较好林芸等人,将自行合成的两性聚丙烯酰胺（APＡM)应用于解决印染废水获得了较好的效果,并觉得两性离子絮凝剂中阳离子重要捕获带负电荷的有机悬浮物,适量的阴离子单元和中性单元可以增进无机悬浮物的沉降冉千平、黄荣华等,则用丙烯酰胺(AM)、马来酸(MA)和二甲基二烯丙基氯化铵（DM)共聚合成了不同阴、阳离子含量的两性离子絮凝剂，成果表白阴、阳离子含量并不是愈大愈好,两者间有一最佳配比，其絮凝作用重要是通过若干个高分子链对悬浮物“桥连”形成粗大絮体,其效果的好坏与阴、阳离子的含量及互相间的协同作用有关杨福廷,以丙烯酰胺、丙烯酸和甲基丙烯酰氧乙基、二甲基辛基溴化铵共聚合成了疏水改性水溶性两性离子絮凝剂，并考察了其对造纸废水及污泥的解决效果,觉得适量引入疏水大单体有助于废水ＣOD的清除和污泥脱水。

3 研究及生产概况有机高分子絮凝剂同无机高分子絮凝剂相比，具有用量少、絮凝速度快、受共存盐类、pＨ值及温度影响小、生成污泥量少、并且容易解决等长处,因而有着广阔的应用前景目前使用的有机高分子絮凝剂重要有合成和改性两种在合成的有机高分子絮凝剂中,聚丙烯酰胺(PＡＭ）的应用最多在美国有机絮凝剂总销量最大的是ＰＡM聚丙烯酰胺有非离子型、阳离子型和阴离子型三种，它们的分子量均在50～60０万之间由于此类絮凝剂存在着一定量的残存单体丙烯酰胺,不可避免地带来了毒性,因而使其应用受到了限制高分子量(1０6以上)的聚丙烯酸钠属阴离子型絮凝剂,有强絮凝作用，并且无毒聚丙烯酸钠对悬浮于水介质中的细粒子产生非离子性吸附,使粒子之间产生交联它对具有金属氢氧化物此类正电荷的胶体粒子更显示出其优良的性能聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDAＤMA)及二甲基二烯丙基氯化铵—丙烯酰胺共聚物(DＭＤAＡC—ＡＭ)属阳离子型高分子化合物，用于水解决能获得比目前较常用的无机高分子絮凝剂和有机高分子絮凝剂PAM更好的解决效果,可单独使用,也可与无机絮凝剂并用天然高分子絮凝剂的使用远不不小于合成的有机高分子絮凝剂,因素是其电荷密度较小，分子量较低,且易发生生物降解而失去其絮凝活性。

70年代以来，美、英、法、日和印度等国结合本国天然高分子资源,注重化学改性有机高分子絮凝剂的研制经改性后的天然有机高分子絮凝剂与合成的有机高子絮凝剂相比，具有选择性大、无毒、价廉等明显特点在众多天然改性高分子絮凝剂中，淀粉改性絮凝剂的研究,开发尤为引人注目由于淀粉来源广,价格低廉，并且产物完全可被生物降解,在自然界中形成良性循环国内各类淀粉与丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸酯、丙烯腈等的接枝共聚反映的研究和产品的开发应用,已经广泛开展青岛大学的巫拱生专家等对淀粉改性进行了进一步系统的研究目前国际市场上以瓜尔胶为原料生产的改性絮凝剂所占比重也不小，重要来自美、英等国美国通用磨料化学公司生产的Guａrtee,Ｓuｐerroｌ和SｓｔｅｉnHaｌl公司生产的ReagｅntMＲL,英国Ｍｅyhaｌl化学公司生产的Jａguar等都是较有名的改性絮凝剂国内也有从其他天然高分子化合物改性而得的絮凝剂,如魔芋葡甘聚糖磷酸酯、丹宁絮凝剂、两性型高分子絮凝剂Ｆ—CD等在探讨絮凝机理的基本上,开发新型高效多功能的有机高分子絮凝剂已成为国内外学者共同关怀的课题国外已有兼具絮凝、缓蚀、阻垢、杀菌等多功能的水解决剂,如聚季噻嗪、聚吡啶和聚喹啉的季胺衍生物。

目前国内有华南理工大学在系统地研究多功能水解决剂,以华南地区植物胶、淀粉为重要原料,已投产生产的有CG—Ａ，同步在机理研究方面也获得开拓性进展国内有机高分子絮凝剂的发展从２０世纪60年代初小量生产聚丙烯酰胺(PＡM)系列产品开始目前该系列产品的产量占有机高分子絮凝剂总产量的８0%以上目前国内PＡM产品生产厂约８0家,总生产能力大概１０万t/a其中大庆油田化学助剂厂生产能力约5万t/a(该厂系引进日本和法国技术,1977年正式投产),其他厂家各自规模在几百t至100０t不等除PAM系列产品外,尚有聚丙烯酸钠、聚二甲基二烯丙基氯化铵(ＰＤMDＡAC）和少量聚胺等产品近年来国产PAＭ产品在品种、质量和数量上都不能满足国内需要,因此尚有相称数量的进口,1995年约２万t,1９96年约3万ｔ,近几年每年进口约４万t国内ＰAM产品在消费构成上与发达国家有所不同PAM在发达国家的应用范畴重要是水解决、造纸、选矿、洗煤等如美国约63%用于水解决,西欧为35%，日本为３9%在国内油田开采占81%,水解决9%,造纸5％，矿山2%,其她3％4 合成有机高分子絮凝剂4.１水溶液聚合水溶液聚合是目前为止应用最广泛的一种合成有机高分子絮凝剂的措施，这种合成措施属于均相体系，措施中应用的单体以及引起剂都可以溶于水溶剂当中。

陈密峰等运用了水溶液自由基的聚合反映合成了一种两性絮凝剂,可以有效改善洗煤水、污泥的脱水性能；赵娜娜等人则运用水溶液聚合法成功合成一种疏水缔合阳离子有机高分子絮凝剂,可大力提高絮凝剂净化含油废水的解决能力;尚有人合成了一种改性阳离子絮凝剂,如果将这种絮凝剂与五其她种无机絮凝剂混合使用来解决污水,在最抱负的条件下SS、COD清除率可分别高达98．0％和9６.3％4．2反相乳液、反相悬浮聚合将水溶性单体拆散成W/O乳液所采用的聚合措施便是反相乳液聚合合成法王玮等采用这种聚合法成功研制出阳离子聚丙烯酰胺，无机絮凝剂明矾与这种物质复配使用时可有效提高絮凝的效果；顾学芳等采用反相乳液聚合研制出了PDA,采用PDA解决废水可将减少废水的浊度至２NＴU如下;Geｍma等采用这种聚合法在反映器中合成一种阳离子有机高分子絮凝剂，并得出一种结论：两个串联使用的反映器合成的有机高分子絮凝剂解决效果要比单个反映器合成的有机高分子絮凝剂絮凝好反相悬浮聚合合成法与反相乳液聚合合成法差别不大，重要是分散粒子的粒径不同国内目前采用反相悬浮聚合合成法合成有机高分子絮凝剂的应用不多类似的DMDＡＡC/ＡＭ絮凝剂、阴离子淀粉接枝改性共聚物等物质都是通过此类措施研制的。

除了以上常用的几种聚合法之外,人工合成有机高分子絮凝剂还涉及碱性水解法、微波聚合法等5 天然有机高分子絮凝剂此类絮凝剂涉及淀粉、纤维素、含胶植物、木质素、多糖类和蛋白质等类别的衍生物，目前产量约占高分子絮凝剂。