聚丙烯酰胺

聚丙烯酰胺（PAM）是一种线型高分子聚合物，化学式为(C3H5NO)n。在常温下为坚硬的玻璃态固体，产品有胶液、胶乳和白色粉粒、半透明珠粒和薄片等。热稳定性良好。能以任意比例溶于水，水溶液为均匀透明的液体。长期存放后会因聚合物缓慢的降解而使溶液粘度下降，特别是在贮运条件较差时更为明显。 聚丙烯酰胺作为润滑剂、悬浮剂、粘土稳定剂、驱油剂、降失水剂和增稠剂，在钻井、酸化、压裂、堵水、固井及二次采油、三次采油中得到了应用，是一种极为重要的油田化学品。

简介

聚丙烯酰胺（PAM）是丙烯酰胺均聚物或与其他单体共聚而得聚合物的统称，是水溶性高分子中应用的品种之一。由于聚丙烯酰胺结构单元中含有酰胺基、易形成氢键、使其具有良好的水溶性和很高的化学活性，易通过接枝或交联得到支链或网状结构的多种改性物，在石油开采、水处理、纺织、造纸、选矿、医药、农业等行业中具有的应用，有“百业助剂"之称。国外主要应用领域为水处理、造纸、矿山、冶金等；国内目前用量大的是采油领域，用量增长快的是水处理领域和造纸领域。

理化性质

聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺（AM）单体经自由基引发聚合而成的水溶性线性高分子聚合物，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的摩擦阻力，按离子特性分可分为非离子、阴离子、阳离子和两性型四种类型。聚丙烯酰胺（PAM）不溶于大多数有机溶剂，如甲醇、乙醇、丙酮、 、脂肪烃和芳香烃，有少数极性有机溶剂除外，如乙酸、丙烯酸、、乙二醇、甘油、熔融尿素和甲酰胺。但这些有机溶剂的溶解性有限，往往需要加热，否则无多大应用价值。能以任意比例溶于水，水溶液为均匀透明的液体。分子量的大小对溶解度影响很小，但当溶液浓度高于10%时，对于高分子量的聚合物因分子间氢原子的键合作用，可呈现出类似凝胶状的结构。高分子量溶液为假塑性流体。 [1]

在适宜的低浓度下，聚丙烯酰胺溶液可视为网状结构，链间机械的缠结和氢键共同形成网状节点；浓度较高时，由于溶液含有许多链一链接触点，使得PAM溶液呈凝胶状。PAM水溶液与许多能和水互溶的有机物有很好的相容性，对电解质有很好的相容性，对氯化铵、硫酸钙、硫酸铜、氢氧化钾、碳酸钠、硼酸钠、硝酸钠、磷酸钠、硫酸钠、氯化锌、硼酸及磷酸等物质不敏感。

聚丙烯酰胺为白色粉末或者小颗粒状物，密度为1.302g/cm3（23℃），玻璃化温度为153℃，软化温度210℃ [1] ，一般干燥时含有少量的水，干时又会很快从环境中吸取水分，用冷冻干燥法分离的均聚物是白色松软的非结晶固体，但是当从溶液中沉淀并干燥后则为玻璃状部分透明的固体，干燥的聚丙烯酰胺PAM是脆性的白色固体，商品聚丙烯酰胺通常是在适度的条件下干燥的，一般含水量为5%~15%，浇铸在玻璃板上制备的高分子膜，则是透明、坚硬、易碎的固体。

在缺氧条件下，加热至210℃因失水而减重；继续加热到210~300℃时酰胺基分解生成氨和水；当温度升至500℃时则形成只有原重量40%的黑色薄片。

应用领域

水处理领域

水处理包括原水处理、污水处理和工业水处理等。在原水处理中与活性炭等配合使用， 可用于生活水中悬浮颗粒的凝聚、澄清。用有机絮凝剂丙烯酰胺代替无机絮凝剂， 即使不改造沉降池， 净水能力也可提高 20%以上； 在污水处理中， 采用聚丙烯酰胺可以增加水回用循环的使用率， 还可用作污泥脱水； 工业水处理中用作一种重要的配方药剂。聚丙烯酰胺在国外应用大的领域是水处理， 国内在此领域的应用正在推广。聚丙烯酰胺在水处理中的主要作用:

(1) 减少絮凝剂的用量。在达到同等水质的前提下， 聚丙烯酰胺作为助凝剂与其它絮凝剂配合使用， 可以大大降低絮凝剂的使用量； 在达到同等水质的前提下， 聚丙烯酰胺作为助凝剂与其它絮凝剂配合使用， 可以大大降低絮凝剂的使用量； (2) 改善水质。在饮用水处理与工业废水处理中， 聚丙烯酰胺与无机絮凝剂配合使用， 可明显改善水质； (3) 提高絮体强度与沉降速度。聚丙烯酰胺形成的絮体强度高， 沉降性能好， 从而提高固液分离速度， 有利于污泥脱水； (4) 循环冷却系统的防腐与防垢。聚丙烯酰胺的使用可大大减少无机絮凝剂的用量， 从而避免无机物质在设备表面的沉积， 减缓设备的腐蚀与结垢。

采油中的应用

聚丙烯酰胺是一类多功能的油田化学处理剂，用于石油开采的钻井、固井、完井、修井、压裂、酸化、注水、堵水调剖、三次采油作业过程中， 特别是在钻井、堵水调剖和三次采油领域。聚丙烯酰胺水溶液具有较高的粘度， 有较好的增稠、絮凝和流变调节作用， 在石油开采中用作驱油剂和钻井泥浆调节剂。在石油开采的中后期， 为提高原油采收率，我国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。在三次采油中加入聚丙烯酰胺， 可增加驱油能力， 避免击穿油层， 提高油床开采收率。中国石油工业是聚丙烯酰胺的大用户， 聚丙烯酰胺的科技进步促进了中国石油工业的发展， 石油工业的需求又加速了聚丙烯酰胺的科技步伐与行业的发展。 [2]

造纸领域

聚丙烯酰胺在造纸领域用作助留剂、助滤剂、均度剂等以提高纸张的质量、料浆脱水性能、细小纤维及填料的留着率，减少原材料消耗及对环境的污染，用作分散剂，可改善纸的均匀度。聚丙烯酰胺在造纸工业中主要应用在两个方面，一是提高填料、颜料等的存留率以降低原材料的流失和对环境的污染；二是提高纸张的强度。在纸料中加入聚丙烯酰胺，能提高细小纤维和填料粒子在网上的留着率，加速纸料的脱水。聚丙烯酰胺的作用机理是浆料中的颗粒靠电中和或架桥而絮凝得以在滤布上保留下来。絮块的形成也能使浆料中的水更易滤出，减少了纤维在白水中的流失量，减少环境污染，又有利于提高过滤和沉淀等设备的效率。 [2]

科研材料

聚丙烯酰胺凝胶可用作非原粒化剂，外科，隐形眼镜原料，微胶囊的外层包复料，并用作制造高质量的止血拴，妇女卫生巾及小儿尿布等。粒度几百微米到几十微米的聚丙烯酰胺可用于色谱填料（例如凝胶色谱柱填料)），可有效地分离细胞色素等球形蛋白质。并能进一步对蛋白质脱盐、浓缩等。聚丙烯酰胺树脂经 Mannich反应，在酰胺基侧链上经亚甲基桥引入L-或L-羟，在与铜离子配位，得到手性配体树脂，它对一系列DL-氨基酸进行有效拆分。经Hofmann降解得到的聚乙烯胺树脂上手性氨基酸再与铜离子络合， 作为配体交换色谱的固定相，可对一系列氨基酸进行拆分，对芳香氨基酸的拆分效果尤佳，由于骨架的亲水性较强，大大缩短了拆分时间。 [2]

其他行业

食品行业，用于甘蔗糖、甜菜糖生产中蔗汁澄清及糖浆磷浮法提取。酶制剂发酵液絮凝澄清工业 ，还用于饲料蛋白的回收、质量稳定、性能好，回收的蛋白粉对鸡的成活率提高和增重、产蛋无不良影响，合成树脂涂料，土建灌浆材料堵水，建材工业、提高水泥质量、建筑业胶粘剂，填缝修复及堵水剂，土壤改良、电镀工业、印染工业等。

使用特性

1、絮凝性：PAM能使悬浮物质通过电中和，架桥吸附作用，起絮凝作用。

2、粘合性：能通过机械的、物理的、化学的作用，起粘合作用。

3、降阻性：PAM能有效地降低流体的摩擦阻力，水中加入微量PAM就能降阻50-80%。

4、增稠性：PAM在中性和酸条件下均有增稠作用，当PH值在10以上PAM易水解。呈半网状结构时，增稠将更明显。

注意事项

阳离子聚丙烯酰胺使用注意事项

1、絮团的大小：絮团太小会影响排水的速度，絮团太大会使絮团约束较多水而降低泥饼干度。经过选择聚丙烯酰胺的分子量能够调整絮团的大小。

2、污泥特性：点理解污泥的来源，特性以及成分，所占比重。依据性质的不同，污泥可分为有机和无机污泥两种。阳离子聚丙烯酰胺用于处置有机污泥，相对的阴离子聚丙烯酰胺絮凝剂用于无机污泥，碱性很强时用阴离子聚丙烯酰胺，而酸性很强时不宜用阴离子聚丙烯酰胺，固体含量高时污泥通常聚丙烯酰胺的用量也大。

3、絮团强度：絮团在剪切作用下应坚持稳定而不破碎。进步聚丙烯酰胺分子量或者选择适宜的分子构造有助于进步絮团稳定性。

4、聚丙烯酰胺的离子度：针对脱水的污泥，可用不同离子度的絮凝剂经过先做小试进行挑选，选出佳适宜的聚丙烯酰胺，这样即能够获得佳絮凝剂效果，又可使加药量少，节约本钱。

5、聚丙烯酰胺的溶解：溶解良好才能充分发挥絮凝作用。有时需求加快溶解速度，这时可思索进步聚丙烯酰胺溶液的浓度。

其实在平时处理污水的时候，有些污水，使用单一的一种絮凝剂是达不到效果的，必须两种结合使用，在使用无机絮凝剂PAC和聚丙烯酰胺复合絮凝剂处理污水会达到更好的效果，但是添加药剂的时候要注意顺序，顺序不正确，也是达不到效果.

聚丙烯酰胺和其它絮凝剂混合使用添加的顺序：

在使用复合絮凝剂的时候必须注意添加的先后顺序和投加时间间隔。PAC与PAM联合使用就是让PAC先完成中和电荷/胶体脱稳形成细小絮体之后，进一步加大絮体体积有利于充分沉淀。由于聚合氯化铝PAC反应时间很短，所以加入后需要强烈的混合，PAM作用时间要长，混合注意先强后弱——先强是为了混合均匀后弱是为了避免破坏絮体。聚丙烯酰胺属于絮凝剂，聚合氯化铝属于混凝剂，一般情况下是先加混凝剂再加聚丙烯酰胺，但为了保险起见，还是建议大家通过实验效果来确定添加的顺序。加药点、加药量、加药时间以及混合强度需要实验确定，切记千万不能把他们两种药剂放在一起使用，否则会影响效果，增大使用成本。

聚丙烯酰胺絮凝剂失效的判断：

经常遇到很多污水处理厂，特别是南方地区，由于气候潮湿，一些污水厂的聚丙烯酰胺因堆放久了或者是包装口没有扎紧导致吸潮结块，针对聚丙烯酰胺絮凝剂结块情况，很多人有疑问，是不是失效了，还可不可以再用，其实像这种情况只要你能把它溶开，水溶液有粘度，是没有失效，但结块后的聚丙烯酰胺是很难溶解开的，其实也意味着资源的浪费。实不同种类的聚丙烯酰胺的保质期是有很大的区别的，这个和其结构有关联，相对来说阴离子聚丙烯酰胺的有效期时间要长点，阳离子聚丙烯酰胺一般我们规定保质期为1年。超出这个期限，均视为超过保质期。就有失效的风险，聚丙烯酰胺失效可以从两个方面来判断，一个是粘度降低，二是絮凝效果变差。