（环境工程专业论文）混凝吸附法处理水溶液中的聚丙烯酰胺.pdf

原创性声明 i i l lirtli i i i i i iiiii i i irluiii i i y 2 18 0 3 0 7 本凡艇鳓：所量蚓艄雏娩站是本舶锚黝阳磷 导下，独立j 蝴 匍痢跺貅成熙i 槲已蝴明的燃本j 翘翻泡含任f 磅渐人 或集体已；匿姑期始眶浏啪科咖蜾。对本姗侗眵渐出重受尉枞人和集 体均已醋凹麴缸靠睦录明。席声明的法簿瓤卣巷入再担。 丝! 鲨：廖 关于学位论文使用授权的声明 本比丧珊【陈大学弩划呆留、使用学崮恕瑚揽同蓥翔鲫黼 向匡彖黜f 碣妨球趟玟论文| 白勺! 匆哥蝌和晤撇，允许沧妇龆鄞骈借阅； 本脓山东大笋驰l ；| 漭学位沧如! 艇留剩阔玢内容编硇移铹蛳簿黼 索j 可以秽徘缩印刻翩螓龋手圈喃茕留沛l c 编栏瀚城 燃糍：豳一日规型汐 山东大学硕士学位论文 目录 摘要l a b s t i 认c t 2 i 前言4 1 1 聚丙烯酰胺废水4 1 1 1 聚丙烯酰胺简介4 1 1 2 聚丙烯酰胺的应用8 1 1 3 聚丙烯酰胺废水现状及危害1 2 1 2聚丙烯酰胺废水处理方法1 4 1 2 1 聚丙烯酰胺废水生物处理法1 4 1 2 2 聚丙烯酰胺废水物理化学处理法1 5 1 3 混凝吸附技术1 7 1 4 吸附理论概述2 0 1 5 研究背景及内容2 2 2 实验材料与方法2 4 2 1 实验药剂和仪器2 4 2 1 1 主要实验药剂2 4 2 i 2 实验仪器2 4 2 2 实验方法2 5 2 2 1 模拟废水配制及标准曲线绘制2 5 2 2 2 新生成氢氧化镁颗粒粒径表征2 6 2 2 3 吸附实验2 7 2 2 4 吸附前后红外表征2 8 3 实验结果与讨论2 9 3 i 部分水解聚丙烯酰胺( h p a m ) ：2 9 3 1 1 部分水解聚丙烯酰胺的性质2 9 3 1 2 聚丙烯酰胺的絮凝机理3 0 山东大学硕士学位论文 3 2 氯化镁投加量对去除效果的影响3 1 3 3p h 对去除效果的影响3 2 3 4 反应时间对去除效果的影响3 6 3 5 外加干扰阴离子对去除效果的影响3 7 3 6 吸附热力学研究3 8 3 7f t i r 红外谱图分析4 2 4 结论与展望4 4 4 1 结论4 4 4 2 展望4 4 参考文献4 6 致j 射5 3 攻读学位期间发表的学术论文5 4 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t a bs t r a c ti nc h i n e s e 1 a bs t r a c t 。2 1i n t r o d u c t io n 1 1p o l y a c r y l a m i d ee f f l u e n t 4 1 1 1p o l y a c r y l a m i d ei n t r o 4 1 1 2p o l y a c r y l a m i d ea p p l i c a t i o n s 8 1 1 3t h ec u r r e n ts i t u a t i o na n dd a m a g eo f p o l y a c r y l a m i d ee f f l u e n t 1 2 1 2t r e a t m e n to f p o l y a c r y l a m i d ee f f l u e n t 1 4 1 2 1 b i o l o g i c a lt r e a t m e n tp r o c e s s e so f p o l y a c r y l a m i d ee f f l u e n t 1 4 1 2 2p h y s i c o - c h e m i c a lt r e a t m e n tp r o c e s s e so f p o l y a c r y l a m i d ee f f l u e n t 1 5 1 3c o a g u l a t i o na d s o r p t i o nm e t h o d 1 7 1 4a d s o r p t i o nt h e o r y 2 0 1 5b a c k g r o u n da n dc o n t e n t so f r e s e a r c h 2 2 2m e t h o d sa n dm a t e r i a l s 2 4 2 1c h e m i c a lr e a g e n t sa n de q u i p m e n t 2 4 2 1 1c h e m i c a lr e a g e n t s 2 4 2 1 2e x p e r i m e n t a le q u i p m e n t 2 4 2 2m e t h o d s 2 5 2 2 1p e r p e t r a t i o no f p o l y a c r y l a m i d es o l u t i o na n ds t a n d a r dc u r v e 2 5 2 2 2p a r t i c l e sd i a m e t e rc h a r a c t e r i z a t i o no ft h en e wg e n e r a t i o nm a g n e s i u m h y d r o x i d e 2 6 2 2 3a d s o r p t i o ne x p e r i m e n t s 2 7 2 2 4b e f o r e a n da f t e ra d s o r p t i o nf t - i kc h a r a c t e r i z a t i o n ，2 8 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 2 9 3 1p a r t i a l l yh y d r o l y z e dp o l y a c r y l a m i d e ( h p a m ) 2 9 3 1 1p r o p e r t i e so f p a r t i a l l yh y d r o l y z e dp o l y a c r y l a m i d e 2 9 山东大学硕士学位论文 3 1 2f l o c c u l a t i o nm e c h a n i s mo f p a r t i a l l yh y d r o l y z e dp o l y a c r y l a m i d e 3 0 3 2e f f e c to f m g c l 2d o s a g eo np a r t i a l l yh y d r o l y z e dp o l y a c r y l a m i d er e m o v a l 31 3 3e f f e c to f p ho np a r t i a l l yh y d r o l y z e dp o l y a c r y l a m i d er e m o v a l 3 3 3 4e f f e c t so f c o n t a c tt i m eo np a r t i a l l yh y d r o l y z e dp o l y a c r y l a m i d er e m o v a l 3 7 3 5e f f e c to fe x t e r n a ld i s t u r b a n c ea n i o no np a r t i a l l yh y d r o l y z e dp o l y a c r y l a m i d e r e m o v a l ，。3 8 3 6a d s o r p t i o ni s o t h e r ma n dt h e r m o d y n a m i cs t u d i e s 3 9 3 7f t - i rm e a s u r e m e n t s 4 2 4c o n c l u s io na n dv is t a 4 4 4 1c o n c l u s i o n 4 4 4 2v i s t a 4 4 r e f e r e n c e s 4 6 a c k n o w l e d g e m e n t 5 3 p a p e rp u b l i s h e d 5 4 山东大学硕士学位论文 摘要 本文利用水溶性镁盐投加到碱性溶液中，原位生成的氢氧化镁粒径小，且 具有很大的表面自由能，能够吸附水溶液中的聚合物。本实验所用聚合物为聚丙 烯酰胺。用动态光散射技术及红外光谱扫描表征对新生成氢氧化镁的粒径大小及 其吸附效果进行表征。利用新生成氢氧化镁对阴离子聚丙烯稀酰胺进行吸附，研 究了碱性条件下投加氯化镁对水溶液中聚丙烯酰胺的处理效果，考查投加量、p h 值、反应时间、温度等因素对吸附效果的影响，用f r e u d l i c h 和l a n g m u i r 吸附等 温模型对实验数据进行拟合，并结合v i s u a lm i n t e q 化学平衡模拟软件对吸附 机理进行了详细的分析探讨。研究结果表明： ( 1 ) 通过对氯化镁投加量、p h 值、反应时间等因素对水溶液中聚丙烯酰胺 的处理效果的影响研究表明，新生成的氢氧化镁对其具有非常好的处理的效果， 且吸附反应在1 2 0s 时间内就能完成，通过实验得出的最佳实验条件p h 为1 2 5 、 氯化镁投加量3 0g l 。 ( 2 ) 吸附热力学研究表明，新生成氢氧化镁对聚丙烯酰胺的吸附过程为放 热过程，温度的增加不利于反应的进行。通过f r e u d l i c h 和l a n g m u i r 吸附等温模 型分析表明其吸附为优惠吸附易于进行，且温度为3 0 时聚丙烯酰胺的最大吸 附量可达1 3 3 3m g g ，说明新生成氢氧化镁对聚丙烯酰胺具有较好的的吸附能 力。 ( 3 ) 红外光谱分析实验表明，聚丙烯酰胺已被吸附到氢氧化镁颗粒上，从 而使得聚丙烯酰胺从水溶液中分离出去。 ( 4 ) 通过结合v i s u a lm i n t e q 化学平衡模拟软件对实验进行分析表明，新 生成氢氧化镁对聚丙烯酰胺的去除过程为混凝吸附过程，其中包含电中和及表 面络合等作用。 关键词：聚丙烯酰胺；混凝。吸附；氢氧化镁；v i s u a lm i n t e q ； 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h i s p a p e r ，t h ew a t e r s o l u b l em a g n e s i u ms a l t sw e r ea d d e dt oa l k a l i n e s o l u t i o n st oo b t a i nf r e s h l yg e n e r a t e dm a g n e s i u mh y d r o x i d e ( f g m h ) t h ef g m h p a r t i c l eh a v eah i # s u r f a c ef r e ee n e r g yw i t has m a l lp a r t i c l es i z e ，l a r g ea d s o r p t i v e s u r f a c ea r e aa n dap o s i t i v es u r f a c ec h a r g e ，w h i c hc a nb eu s e dt oa t t r a c th p a m t h e p a r t i c l es i z eo ft h ef g m ha n dt h eh y d r o x i d ep r e c i p i t a t e sb e f o r ea n da f t e ra d s o r p t i o n w e r ec h a r a c t e r i z e db yd y n a m i cl i g h ts c a t t e r i n g ( d l s ) a n df o u r i e r - t r a n s f o r mi n f r a r e d s p e c t r o s c o p y ( f t i r ) b a t c hc o a g u l a t i o n a d s o r p t i o ne x p e r i m e n t sw e r ec o n d u c t e dt o d e t e r m i n et h ee f f e c to fc o n t a c tt i m e ，d o s a g e ，p ha n dt e m p e r a t u r e l a n g m u i ra n d f r e u n d l i c hi s o t h e r m sw e r eu s e dt o a n a l y z et h eh p a ma d s o r p t i o nb yt h ef g m h ， m o r e o v e r ，v is u a lm a 心c r e qw h i c hisa ne q u i l i b r i u ms p e c i a t i o nm o d e lt h a tc a nb e u s e dt oc a l c u l a t et h ee q u i l i b r i u m c o m p o s i t i o no fd i l u t ea q u e o u ss o l u t i o n si nt h e l a b o r a t o r yo ri nn a t u r a la q u e o u ss y s t e m sw e r eu s e dt oa n a l y z et h ed i s p o s a lm e c h a n i s m a n dt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a t ： ( 1 ) e f f e c t so fr e a c t i o nt i m e ，d o s eo ft h el e a c h i n gs o l u t i o na n dp hw e r es t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ef g m hw a sr a p i da n de f f e c t i v ei nr e m o v i n gt h eh p a m i n w a t e rs o l u t i o n s t h er e m o v a lr a t er e a c h e dm a x i m u ma t 12 0s t h er e m o v a lr a t e i n c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n ga m o u n to fm g c l 2d o s a g e ，a n dt h ea p p r o p r i a t em g c l 2 d o s a g e w e r e3 0e lw h e nt h ec o n c e n t r a t i o no ft h eh p a m w a s10 0m g l a n dt h eo p t i m u m p s f o rt h ef g m ht or e m o v eh p a mw a s1 2 5 t h er e m o v a le f f i c i e n c i e sw e r ea j l o v e r 9 0 f o rd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o nh p a m u n d e rt h ec o n d i t i o n ( 2 ) t h ei s o t h e r md a t aw a sc o n s i s t e n tw i t hb o t ht h ef r e u n d l i c ha n dl a n g m u i r m o d e l s ，a n dt h ea d s o r p t i o no fh p a mb yf g m hi saf a v o r a b l ea d s o r p t i o np r o e r e s s t h ea d s o r p t i o nr e a c t i o nw a se x o t h e r m i ci n n a t u r e ，a n dt h a tt h es o l u t i o nt e m p e r a t u r e h a sas i g n i f i c a n te f f e c to nh p a m a d s o r p t i o n w h e nt h et e m p e r a t u r ew a s30 3k t h e s a t u r a t i o na d s o r p t i o nc a p a c i t yo ft h eh p a mw a s1 3 3 3 m e g w h i c hi n d i c a t e dt h a t f g m h d i s p l a y e ds u p e r i o ra d s o r p t i o nc a p a c i t i e st ot h eh p a m 2 ( 3 ) t h ef t - i rs h o w e dt h a tt h eh p a mw a sa b s o r b e db yt h ef g m h 山东大学硕士学位论文 ( 4 ) a c c o r d i n gt ot h ea n a l o gc o m p u t a t i o na n a l y s i su s i n gv i s u a lm i n t e q ，t h e r e m o v a lm e c h a n i s mo fh p a mb yf g m hi sa c o a g u l a t i o n - a d s o r p t i o np r o c e s s i n v o l v i n gc h a r g en e u t r a l i z a t i o na n ds u r f a c ec o m p l e x a t i o n k e y w o r d s ：h p a m ；c o a g u l a t i o n - a d s o r p t i o n ；m a g n e s i u mh y d r a t e ；v i s u a l m i r c r e q 3 山东大学硕士学位论文 1 1 聚丙烯酰胺废水 1 1 1 聚丙烯酰胺简介 1 前言 聚丙烯酰胺是丙烯酰胺及其衍生物的均聚物和共聚物的统称l 。 聚丙烯酰胺( p o l y a c r y l a m i d e ，p a m ) 最早在1 8 9 3 年由m o u r e u 用丙烯酰氯与 氨反应制得的。1 9 5 4 年首先在美国实现商业化生产。采用的是丙烯腈 ( a c r y l o n i t r i l e ，a n ) 硫酸水解法，使丙烯睛在1 0 0o c 下水解成丙烯酰胺硫酸盐， 中和得丙烯酰胺，均聚得p a m 。7 0 年代以后，发展了以骨架铜为催化剂的丙烯 腈催化水合法，采用的是第二代工艺技术。催化剂为舢c u 合金，在反应温度 1 0 0 。c ，压力2 9 4 、一5 8 8k p a 下使丙烯腈选择性地转化成丙烯酰胺。第三代工艺技 术为微生物工程法。自1 9 8 5 年日本在法国发现一种能催化腈水解的微生物一红 球菌酶基础上，首先建成世界上第一座微生物法丙烯酰胺工业化装置。由于该法 在工艺上可省去丙烯腈回收、铜分离等工序，可以在常温常压下完成，副产物为 零，所以大大缩短了工序并减少了投资。因此具有能耗小、成本低、工艺简单、 ”三废”污染少的优势。p a m 系列产品不断被开发，p a m 生产技术也不断发展和 进步。 从品种上讲，最先实现的是非离子聚丙烯酰胺( n p a m ) ，随后出现的是部 分水解聚丙烯酰胺( 玎) a m ) 。2 0 世纪7 0 年代，美国m e r c k 公司和h a l l i b o r t o n 公司首先研制成功阳离子聚丙烯酰胺( c p - 蝴) 二甲基二烯丙基氯化铵均聚 物( p d m d a a c ) 和二甲基二烯丙基氯化铵与丙烯酰胺共聚物 p ( d m d a a c a m ) 】，并很快投入工业化生产。到1 9 8 0 年，在日本随着阳离子 单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵( d a c ) 开发成功，d a c 的均聚物和共聚物阳 离子聚丙烯酰胺( p d a c ，p ( d a c a m ) ) 也相继投入生产，到1 9 8 7 年全日本 的生产能力已经达到1 7 7 5 0t a 。到1 9 9 0 年代，两性聚丙烯酰胺( a m p a m ) 的研 究趋于活跃，不久a m p a m 就进入市场并被广泛应用。到目前，丙烯酰胺和丙烯 酰胺衍生物的均聚物和共聚物品种数以不下百种，新的品种还在不断地被开发出 来。 4 山东大学硕士学位论文 p a m 的优良的水溶性、增稠性、絮凝性、化学反应活性、以及经过改性产 品的多样性，使p a m 显示出广阔的应用前景和巨大的市场潜力。在此刺激下， 从上个世纪5 0 年代以来，有关p a m 的研究与开发非常活跃，其工业产品剂型从 最初的水溶胶、发展到粉剂、乳液( 油包水乳液) 、水分散型( 又称水包水乳液) 掣2 1 。p a m 的聚合方法也从最初的水溶液聚合，发展到反相乳液聚合、反相微乳 液聚合、水分散聚合。聚合技术的进步，带来了产品质量不断提高，品种不断增 加，成本不断下降，规模不断扩大，生产效率不断提高。 聚丙烯酰胺种类比较多，但是总体来说有下面两种分类方式： ，线性的水溶性聚丙烯酰胺 ，j i 按水溶性分 1聚丙烯酰胺凝胶( 交联的、非水溶性的但 i【能包含吸收大量水的聚丙烯酰胺) j 。 聚丙烯酰胺 1，非离子型聚丙烯酰胺 ii il阴离子型聚丙烯酰胺 l按电性分 l阳离子型聚丙烯酰胺 i 【两性离子型聚丙烯酰胺 线性的聚丙烯酰胺亲水性高，能以各种百分比溶于水，不溶于大多数有机 溶液。它是应用最广泛的水溶性高分子化合物之一。如下图所示： o n h 2 n h 2n h 2n h 2 n h 2n h 2 图1 - 1 一种线性聚丙烯酰胺结构式 f i g 1 1s t n l m l l r a lf o r m u l ao fo n el i n e a rh y d r o s o l u b l cp o l y a c r y l a m i d e 山东大学硕士学位论文 聚丙烯酰胺凝胶，是以丙烯酰胺为单位，由甲叉双丙烯酰胺在交联剂的作 用下交联成的，经过干燥粉碎或者加工成型制作成颗粒状，交联剂的用量不同， 可制作成的凝胶的型号也不同，交联的越多，孔隙就越小。其结构式如下【3 】： 图1 2 交联聚丙烯酰胺凝胶结构式 f 培1 - 2s t r u c t u r a lf o r m u l ao fc r o s s l i n kp o l y a c r y l a m i d eg e l 按电性分类的聚丙烯酰胺的四种类型： ( 1 ) 非离子型( 均聚物) n h 2 非离子聚丙烯酰胺( n p a m ) 由丙烯酰胺单体聚合制得，外观为白色粉粒， 分子量从4 0 0 万到1 2 0 0 万。大分子链上不含离子基团，但酰胺基与许多物质如 粘土、纤维素、蛋白质、金属氧化物等产生氢键。 ( 2 ) 阴离子型( 共聚物) 6 h，一l r ；r l 山东大学硕士学位论文 主要成分是阴离子聚丙烯酰胺树脂，由非离子型聚丙烯酰胺水解或丙烯酰 胺与丙烯酸共聚制得。 h hh i i i c c e l = o l l n h 2 o h 阴离子聚丙烯酰胺( a p a m ) 外观为白色粉粒，分子量从4 0 0 万到2 5 0 0 万 水溶解性好，可以以任意比例溶解于水，但是却不溶于有机溶剂。阴离子型聚丙 烯酰胺习惯上也称为部分水解聚丙烯酰胺( h p a m ) 。有效的p h 值范围为7 到 1 4 ，在中性碱性介质中呈高聚合物电解质的特性，与盐类电解质敏感，与高价金 属离子能交联成不溶性凝胶体。 ( 3 ) 阳离子型( 共聚物) 由丙烯酰胺( 蝴) 与二烯丙基二甲基氯化铵( d a d m a c ) 、丙烯酰氧乙基三甲 基氯化铵( a e t a c ) 等其他单体共聚制得。 h i c i c i n h 2n h c , h 2 n r 2 h c i 阳离子聚丙烯酰胺( c p 枷) 外观为白色粉粒，分子量从4 0 0 万到1 5 0 0 万。 离子度从2 0 到5 5 。阳离子聚丙烯酰胺是由阳离子单体和丙烯酰胺以不同的 比例，采用先进的聚合工艺共聚而成的一种线性高分子聚合物，具有溶解速度快、 分子量分布窄，实际用量小等特点。水溶解性好，能以任意比例溶解于水且不溶 于有机溶剂。有效的p h 值范围为l 到1 4 ，呈高聚合物电解质的特性，适用于带 阴电荷及富含有机物的废水处理。 ( 4 ) 两性离子型( 共聚物) 两性离子聚丙烯酰胺就是分子内即含阳离子基又含有阴离子基。 7 一 _ lh。一hr t 一 ? i h lie一v h，一主 r l l 山东大学硕士学位论文 f i hhhh e c e e h c - - - 0 h c= 0 n h 。 0 h hhhh e c c c h e = 0 h c n n 2 n 一 二0 一 _i 一 一 j 两性离子聚丙烯酰胺( a c p a m ) 外观为白色粉粒。两性离子聚丙烯酰胺因 分子内含阳离子基和阴离子基，它具备了一般阳离子絮凝剂的使用特点外，表现 了更优异的性能。此类絮凝剂可在大范围的p h 值范围内使用，具有更高的滤水 量，较低的滤饼含水率，也可用于强酸浸提矿石或从含金属的酸性催化剂中回收 有价值的金属。两性离子型绝非阴离子型、阳离子型的混合，如果把阳离子聚丙 烯酰胺与阴离子聚丙烯酰胺配合使用则会发生反应产生沉淀【4 l 。 1 1 2 聚丙烯酰胺的应用 因聚丙烯酰胺的高分子化合物的水溶性以及其主链上活泼的酰胺基，使其 具有优良的选择性和适应性，是当今世界上获得快速发展的高科技精细化工产 品，广泛用于油田注水增调剂、钻井低固相不分散泥浆絮凝剂i 土壤改良剂、纺 织浆料、纸张增强剂、土壤稳定剂、纤维糊料、树脂加工助剂、分散剂，以及用 于助沉、洗煤、污水处理、铀矿沥取、石油钻井等，有“百业助剂”、“万能产品 之称i5 | 。 1 ) 水处理领域 p a m 的分子内酰胺基可与许多物质亲和形成氢键。高分子p a m 是能吸附 微粒的官能团线状高分子化合物。它能像一条长绳一样将一些微粒吸附在一起形 成团絮状，也可加速微粒沉降。高分子p a m 能在被吸附的粒子间形成“桥联”， 其长碳链起架桥作用，可通过化学转化或共聚转变成含有阳、阴、非离子及两性 离子的完整絮凝剂体系，促进团絮生成，加速微粒沉降。由此使它成为当代最重 要、最理想的絮凝剂，也是在我国使用量最大的一种高分子絮凝剂。聚丙烯酰胺 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三个方面。在 原水处理中，p a m 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 山东大学硕士学位论文 清，目前许多大中城市在供水紧张或水质较差时，都采用p a m 作为补充；在污 水处理中，p a m 良好的絮凝作用，可用于污泥脱水，可以增加水回用循环的使 用率；在工业水处理中，主要用作提高产品质量和数量。 p a m 适用于工业污水制糖工业废水及化工、石油开采、冶金、煤炭等各 行业的废水处理。可强化废水快速实现固液分离脱除少最机械杂质，达到净化 污水的目的。例如用于制糖工业，能使沉淀速度提高2 0 倍。其分子量越大絮 凝效果越好，一般用量l 一1 5m g l 。 2 ) 石油采油领域 自1 9 6 4 年帕依( r y e ) 和桑迪福德提出了在生水中加人少量p a m 能降低水的 流度后，这种方法在油田中应用已有4 0 多年历史。p a m 作为一种多功能添加 剂在钻井工艺中用于泥浆的增调剂、稳定剂和沉降絮凝制以改进泥浆的流变性； 能改进悬浮颗粒的大小，提高悬浮力，加速原油的过滤、分离。作为土壤结构成 型剂，使井壁表面抗冲击性能提高，钻井通过启层时使不易分散的液浆获得高效 的分离效果。在二次采油时将p a m 注入盐水中，可提高盐水的喷射能力，从多 孔的岩石表面有效地将原油萃取下来。在水油乳液中加人p a m ，可明显地降 低乳液的粘度。加人贮油池内，可降低油池表面的含水量，降低采用成本。在石 油开采中，可增加注人水的粘度，避免击穿油层，提高采油率。在第三次采油中 用作增稠剂，增加驱油能力，提高油床开采效果。在油田领域内，更新的阴、阳 离子的p a m 可用于保护注人的地下水从启孔渗透并凝集回收原油，提高油井生 产的经济性，控制水分向油层掺入。 此外p a m 还用于压裂液添加剂、润滑剂、降阻剂等。在油田化学中，p a m 是多用途的添加剂，如钻井液、洗井液、注水采油及提高采收率等都起着重要的 作用。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 聚丙烯酰胺在造纸中的应用，始于4 0 年前的阴离子型聚丙烯酰胺。其后各 种改性聚丙烯酰胺的快速发展，尤以a m 与其它单体共聚及a m 与淀粉的接枝 共聚为主。将聚丙烯酰胺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，二提高细小纤维及填料的留着 9 山东大学硕士学位论文 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。非离子型聚丙烯酰胺主要用 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。聚丙烯酰胺可作为造纸 厂的污水处理剂，处理后废水可循环使用，并可严格控制污水中金属离子的含量。 我国是纸生产和消费大国，纸张产量居世界第三位，纸制品的实际消费量居世界 第二位。随着大型造纸生产装置的建设以及一批大型合资造纸企业的不断建成投 产，我国造纸工业的技术水平将明显提高，对造纸助剂的需求量也将不断增加。 4 ) 纺织印染工业 在纺织、印染工业中，p a m 作为织物后处理的上浆剂、整理剂，还可以在 织物表面形成抗霉菌的保护层，又可作经纱上浆剂和棉织品的抗皱剂。利用它的 吸湿性强的特点，能减少纺细纱时的断线率，提高合成纤维的亲水性；p a m 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；使用聚丙烯酰胺替代明胶和淀 粉用于纤维的浆料可使纤维具有极好的梳棉性，并明显降低浆料的消费量；此 外，还可以用于纺织印染污水的高效净化。 5 ) 浮选分离 聚丙烯酰胺作为高效絮凝剂，为其它絮凝剂所不及。在矿物悬浮液中加入 部分水解聚丙烯酰胺，并在超声波作用下，会产生高效絮凝效果。将其用于煤矿 的浮选液可加速沉积的凝集，用于采煤可提高开采率，降低能耗。在赤铁矿一石 英混合物中使用h p a m 可进行选择性絮凝，利用聚丙烯酰胺高分子与赤铁矿粉 末的分子表面较强的分子间结合力，可分离出石英粉末。将部分水解聚丙烯酰胺 用于选择性分离己引起研究者的极大兴趣，正在寻求最佳工艺条件以达到显著的 效果。 1 9 7 6 年日本学者使用含t i ( o h ) 4 的块状p a m 经粉碎后，曾从海水中提出 金属铀。1 9 7 9 年使用f e ( o h ) 2 、e n ( o h ) 2 等的p a m 共聚物吸附c a 、n i 、c u 等 金属离了获得成功。1 9 8 3 年中国台湾合成了p a m 一磷酸锆树脂，将其有效地分 离c s 、c o 、c e 等金属离子。1 9 8 8 年日本随后合成出p a m 一磷酸锡树脂，用于 1 0 山东大学硕士学位论文 从海水中提取金属离子。 6 ) 矿冶行业 在冶金行业中，聚丙烯酰胺可用于转炉除尘污水处理、高炉煤气洗涤水处 理、铝加工废水处理、轧钢污水处理、矿山黏土才是废水处理等，在改进水质和 废水再利用中发挥了独特的作用。 在煤炭工业的洗煤过程中，聚丙烯酰胺用于处理煤泥水，既可以回收大量 的煤泥，又可以防止水质变黑，还可以使煤矿实现水的循环利用，达到节约用水 的效果。 在采矿的过程中，通常要使用大量的水，最后经常需要回收水中有用的固 体，而且要将废水净化回收使用。在其中添加聚丙烯酰胺絮凝剂，可以促进液体 的澄清、团粒的下沉和泥饼的脱水，因此而提高生产效率，减少了尾矿流失和水 消耗，降低了设备投资和加工成本，并且避免了对环境的污染。聚丙烯酰胺最早 的重要应用领域中就包括铀矿提取，是在用酸或磺酸盐溶液沥取铀矿石时，在沥 取物的浓缩和过滤过程中，添加聚丙烯酰胺，因此处理效果非常好。 7 ) 其他领域 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； 在医药领域，均聚物凝胶用于凝血酶原粒化刺和药物的载体，文献报导，用粒径 小于o 3m n 3 的聚丙烯酰胺携带药物后处理伤口，可吸收伤口的异物和脓，并释 放出药物达到治疗的目的；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，也可以增强石膏水泥的硬度，加速石棉水泥的脱水速度； 在农业上，施用少量聚丙烯酰胺共聚物，可明显提高土壤抗风蚀和水蚀的能力， 较传统的增强剂( 如沥青) 等更为有效；在电镀工业中，在电镀液里添加聚丙烯酰 胺能使金属沉淀匀化，使镀层更加光亮，聚丙烯酰胺可保护胶体，提高乳液稳定 性；此外，聚丙烯酰胺可作成微球其机械强度高，可用作高效色谱仪填料。功 能化的聚丙烯酰胺可作固定化酶的载体和化学反应的催化剂，用于不同的化学催 化反应。将聚丙烯酰胺加在水流中可使水流阻力降低，使消防水喷枪喷得更远； 用于水力推进船只，可提高航海速度；作为涂料，可用于人造草的表面涂饰。 山东大学硕士学位论文 1 1 3 聚丙烯酰胺废水现状及危害 近年来，我国东部大多数油田尤其是大庆油田基本上都已进入高含水期，聚 合物驱替代三次采油技术己得到广泛应用。我国油田使用的驱油聚合物基本上均 为聚丙烯酰胺( p a m ) 或部分水解聚丙烯酰胺( 卸) a m ) 。作为理想的驱油剂， 聚丙烯酰胺具有增粘效果好，抗微生物侵蚀及热稳定性好、储运方便、成本较低 等特点。大庆炼化公司是世界上最大的油田用聚丙烯酰胺生产基地，拥有雄厚的 产品研发能力和先进的生产技术水平。公司拥有1 4 条聚丙烯酰胺生产线，以化 学法和生物法两种方法生产聚丙烯酰胺，年生产能力可达1 0 万吨，每一年为油 田驱油在1 0 0 0 万吨以上，节约新鲜水6 0 0 万吨以上，创造了巨大的经济效益和 社会效益。 目前，以聚丙烯酰胺水溶液为驱油剂技术正在大庆油田全面推广。该技术能 够增加注入水的粘弹性，提高波及系数，从而达到提高原油采收率的目的。但是， 聚合物的残留、污染问题也随之而来。聚丙烯酰胺在大多数应用领域的最终归属 为进入地表水或地下水，而含有聚丙烯酰胺的污水不仅会改变水的理化性质，水中 的聚合物会污染环境，危害人的健康，而且在聚驱后还有部分聚合物被吸附和滞 留在岩石孔隙上，限制了后续驱油剂的作用效果。大庆油田的厂矿试验表明，原 油采出液中往往含有几个到几百个p p m ( 体积分数，百万分之一) 的h p a m 。如 果采出液中含有几百个p p m 的h p a m ，则会使采出液变得粘稠，而使原油脱盐、 脱水等预处理过程无法进行，即使采出液中含有几个p p m 的h p a m ，在原油脱 盐、脱水中也不能很好地除去，而分子量高达1 千万的h p a m 滞留在原油中必 将影响石油加工产品的质量。 聚丙烯酰胺广泛应用于油田生产中，在提高采收率的同时，对地面环境产生 了相当恶劣的影响，在油田生产过程中产生的不得不排入当地水体的外排水，是 聚丙烯酰胺对当地环境的直接影响。由于油田配制聚丙烯酰胺需要新鲜水和部分 低渗透地层，使部分含有较高浓度的聚丙烯酰胺采出水外排。绝大多数的聚丙烯 酰胺进入地下油层，因为地层结构原因，很难避免聚丙烯酰胺渗透到地下水层。 而聚丙烯酰胺在地面水体和地下水中的长期滞留，必将对当地水环境造成严重污 染。除了油田工程中大量使用聚丙烯酰胺之外，在水处理、造纸、纺织、采矿以 及直接影响人体健康的众多行业中，对聚丙烯酰胺的排放和可能带来的影响并没 1 2 山东大学硕士学位论文 有相关的数据，公众认识还停留在聚丙烯酰胺为生产和生活带来的益处方面。在 相当长的时期内，类似