合成有机高分子絮凝剂

[db:作者] / 2022-12-27 00:00

合成高分子絮凝剂在废(污)水处理中占有重要的位置。近30年来，有机高分子絮凝剂的生产速度增长很快，平均年增长速度为12%～15%，从美国在水和废水处理中使用的水处理化学品的情况看，合成高分子絮凝剂的消费量增长速度比无机絮凝剂要快得多，而且很多合成高分子絮凝剂的研制技术已较成熟，并已形成规模生产。在我国聚丙烯酰胺及其衍生物约占合成高分子絮凝剂总量的85%，目前我国生产PAM的厂家有40余家，总生产能力约8000t/a，但与发达国家相比，我国PAM及其衍生物在质量上还存在差距。

合成高分子絮凝剂尽管有很多优点，但仍存在着储存期短、单体含量偏高或分子量不够理想等问题。因此，合成高分子絮凝剂的发展趋势如下。

(1)向超高分子量和低单体含量发展

由于药剂分子量大，对水中胶体、悬浮颗粒的吸附“架桥”能力强，故能达到用药量少而絮凝性能好的应用效果。目前我国优质聚丙烯酰胺(PAM)的相对分子质量大于1000万，与国外同类产品(相对分子质量大于1500万)比较，性能差距在缩小。为减少PAM应用过程对人体的毒性，我国对降低PAM单体含量已取得了很大进展，如长春应化所的研究，药剂相对分子质量大于1200万，游离单体含量小于0.05%，产品溶解性能好。

(2)加速发展龙头产品一阳离子高分子絮凝剂

目前我国生产的聚丙烯酰胺的阳离子衍生物，取代度还不够高，制备过程药剂的相对分子质量降低，与国外阳离子聚丙烯酰胺相对分子质量已达到1000万相比差距还很大。鉴于阳离子聚丙烯酰胺在污泥脱水处理中是不可缺少的药剂，美、日等国阳离子型絮凝剂已占合成絮凝剂总量的近60%，而这几年仍然以10%以上的速度增长，但我国目前阳离子型絮凝剂只占6%左右，且大多数是低档产品，已成为制约我国废(污)水处理，特别是污泥脱水发展的“瓶颈”。我国已加强阳离子聚丙烯酰胺的技术攻关，如浙江化工研究院等单位研制了甲基丙烯酸二甲胺乙酯氯甲烷盐(DMC)类单体与丙烯酰胺的共聚物(DMC-AM)等产品有良好的应用性能。

(3)开发两性/两亲高分子絮凝剂

两性高分子絮凝剂是指大分子链上同时含有阴、阳离子基团的聚合物，其中阴离子基团为羧酸、磺酸、硫酸，阳离子基团为叔胺、季铵盐。而两亲高分子絮凝剂是指大分子链上同时含有亲水、亲油基团的聚合物。两性高分子絮凝剂的合成一般是利用含有阴、阳离子基团的乙烯类单体通过自由基聚合反应来完成，也可以通过化学改性来达到目的。两亲高分子絮凝剂的制备则比较复杂，一般分为共聚合法(包括非均相共聚、均相共聚、胶束共聚)和大分子反应法等。

目前，絮凝剂的研究正朝脱除水溶性污染物发展。以水溶性染料的脱除为例，染料一般都含有苯环疏水基，在絮凝剂的合成中如引入疏水基团和带电离子基团，则通过螯合作用、静电相互作用、疏水缔合作用，破坏染料亲水基，增强疏水性质，能改变染料的水溶性环境。我国一些研究部门已开发这类水处理剂，并有较好的应用效果。而两性高分子絮凝剂由于兼有阴、阳离子基团的特点，在不同介质条件下，其所带离子类型可能不同，适于处理带不同电荷的污染物，特别对污泥脱水，不仅有电性中和，吸附架桥，而且有分子间的“缠绕”包裹作用，使处理的污泥颗粒粗大、脱水性好。它的另一优点是适用范围广，酸性介质、碱性介质中均可使用。对废水中由阴离子所稳定的各种表面活性剂所稳定的悬浮液、乳浊液及各类污泥或由阴离子所稳定的各种胶态分散液，均有良好的絮凝及泥脱水功效。此外在絮凝剂中引入疏水基团，则可以加快絮体的沉降速度，改善絮团搅拌时的机械强度。如果在两性絮凝剂中引入不带电的侧基不仅自身具有较强的吸附作用，还可以屏蔽分子链上正、负离子的静电吸引，抑制分子线团紧缩，使正、负离子充分发挥其功能。近几年，日、德、美等国对两性絮凝剂重新开展了实用性研究，相继发表了一些专利。我国对这类絮凝剂的研究开发起步较晚。

(4) 开发多功能高分子絮凝剂

工业用水与废水处理过程不仅涉及水质净化，也有设备管道的保养问题，因此净化、缓蚀、阻垢、杀菌等问题都十分重要，传统做法是分别使用多种水处理剂。为了简化流程、减少设备、方便操作、提高功效，一些专家学者逐渐开展了多功能水处理剂的研究。国外已有兼具絮凝、缓蚀、阻垢、杀菌等多种功能的水处理剂。国内对多功能水处理剂的研究始于20世纪80年代中期，主要以天然高分子为原料，通过醚化、接枝等化学改性，在大分子上引入—COO-、-SO3-、—PO43-等活性基团，制得兼具絮凝、缓蚀、阻垢等多功能水处理剂，如华南理工大学开发的CG-A系列在油田污水处理中具有良好的絮凝-缓蚀双重功能。因此，开发多功能有机高分子絮凝剂，使研制出的絮凝剂兼具净化、缓蚀、阻垢、杀菌等多种功能亦是合成有机高分子絮凝剂的一个主要发展趋势。

(5)向有机-无机复合型絮凝剂方向发展

随着水质越来越复杂，单一絮凝剂已不能满足水处理要求了，复合型絮凝剂的研究应运而生，并且发展很快。复合型絮凝剂不仅兼具二者的优点，而且由于协同效应还增强了絮凝性能。复合型絮凝剂的制备方法有两种:物理混合和化学反应合成。近年来科研工作者在有机-无机复合型絮凝剂的研究、开发和应用取得了一些进展，这些复合型絮凝剂用于处理各种废水均取得了较满意的效果。

(6)开发选择性絮凝剂

选择性絮凝剂是最新的研究课题。它们可用于复杂的胶体系统，使一部分微粒絮凝沉降，另一部分保持稳定分散。目前常用的产品有HPAM和聚醋酸乙烯酯-马来酸酐共聚物，主要应用在油田清水钻井和低固相不分散钻井液方面，同时也广泛应用于水法选矿领域，其技术难点在于絮凝剂选择性吸附的控制上，这也限制了选择性絮凝剂在工业中的推广应用。

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