聚丙烯酰胺溶液稳定性影响因素研究学习资料.doc

精品文档辽宁石油化工大学毕业设计（论文） GraduationProject (Thesis) for Undergraduate of LSHU题 目聚丙烯酰胺溶液稳定性影响因素研究TITLEStudy on Influencing Factors of Stability of Polyacrylamide Solution学 院化学化工与环境学部SchoolLIAONING SHIHUA UNIVERSITY专业班级化工1309班Major&ClassChemistry And Chemical Engineering Class1309姓 名刘国洪NameGuohong Liu指导教师王洪国SupervisorHongguo Wang2017 年 6 月 20 日论文独创性声明本人所呈交的论文，是在指导教师指导下，独立进行研究和开发工作所取得的成果。除文中已特别加以注明引用的内容外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并致谢。本声明的法律结果由本人承担。特此声明。论文作者（签名）： 年 月 日摘要随着我国发展越来越好，城市化的脚步也越来越快。同时，有一些问题也会随之而来，例如：城市污水处理和石油资源减少。这两个严重问题的解决离不开聚丙烯酰胺的使用，。因此，聚丙烯酰胺溶液的稳定性研究已经在现在我国的发展中扮演一个不可或缺的角色，本论文聚丙烯酰胺溶液稳定性影响因素进行了综合的分析研究。首先，在综述部分中简单地介绍了聚丙烯酰胺的基本知识、本论文研究的目的和意义、发展现状、国内发展史、国外发展史、未来发展趋势、研究现状和环保这些方面进行详细解说。在实验部分中重点详细的分析了聚丙烯酰胺溶液稳定性影响因素，实验中主要以温度、光照、pH、矿化度、等为改变条件来分析说明影响聚丙烯酰胺溶液稳定性的变化。关键词：稳定性、聚丙烯酰胺溶液、单体、丙烯酰胺AbstractWith the development of our country getting better and better, the pace of urbanization is getting faster and faster. At the same time, there are some problems will follow, such as: urban sewage treatment and oil resources to reduce. The resolution of these two serious problems is inseparable from the use of polyacrylamide. Therefore, the stability of polyacrylamide solution research has now played an indispensable role in the development of our country,In this paper, the influence factors of polyacrylamide solution stability were studied. Firstly, the basic knowledge of polyacrylamide, the purpose and significance of this research, the current situation of development, the history of domestic development, the history of foreign development, the future development trend, the current situation of research and environmental protection are briefly introduced in the review section. In the experimental part, the influence factors of the stability of polyacrylamide solution were analyzed in detail. The stability of polyacrylamide solution was analyzed by temperature, light, pH, salinity and absorbance.Key words: stability, polyacrylamide solution, monomer, acrylamide综述部分一、 聚丙烯酰胺介绍 1.聚丙烯酰胺的定义聚丙烯酰胺（Polyacrylamide）是丙烯酰胺及其衍生的均聚物和共聚物的统称，又称PAM。聚丙烯酰胺的按分子量的高低可分为有低、中、高和超高，整体上来说，低分子量的分子量100万以下、中低分子量的分质量在100 万1000万之间、高分子量的分子量在1000万以上。所以，高分子量聚丙烯酰胺是分子量在1000万以上有机高分子聚合物。 2.聚丙烯酰胺的分子结构高分子量聚丙烯酰胺的分子结构为： CH2CHnCONH2 分子结构式中单个丙烯酰胺分子量是71.08，n值在21049105之间，由此可得，聚丙烯酰胺分子量一般都是在1.51066107之间。 3.聚丙烯酰胺的分类根据PAM高分子聚合物链上不同官能团在水溶液中的离解性质不同的特性，可划分成阳离子型（APAM）、阴离子型（CPAM）、非离子型（NPAM）及两性离子型几个种类。阳离子型一般都含有微量毒性，不适宜在给排水工程中使用，所以我们接触到的水处理剂聚丙烯酰胺均属阴离子型或非离子型。种类表观分子量（万）固含量%残余度%水解度运动粘度使用范围两性离子型白色颗粒500-1200880.25-50带式机离心式压滤机阳离子型白色颗粒500-1200880.25-80带式机离心式,压滤机阴离子型白色颗粒或粉末300-2200880.210-35水的PH值为中性或碱性非离子型白色颗粒200-1200880.20-5水的PH值为中性或碱性 4.聚丙烯酰胺的特点高分子量聚丙烯酰胺（PAM）因其每一个小的结构单元中含有酰胺基（C3-H7-N-O）、容易形成氢键（HF），使其具有良好的水溶性和很高的化学活性，可通过接枝、交联等化学反应得到多种多样的相关衍生物。高分子量聚丙烯酰胺（PAM）是由丙烯酰胺单体聚合而成的有机物高分子聚合物，无色无味、无臭、易溶于水，没有腐蚀性。高分子量聚丙烯酰胺在常温下比较稳定，高温、冰冻时容易发生降解，故其贮存与配制投加时，温度应控制在255之间。5.聚丙烯酰胺的使用特性 聚丙烯酰胺具有以下最为显著的使用特性：（1）粘合性：能通过机械的、物理的、化学的作用，起粘合作用的效果；（2）絮凝性：聚丙烯酰胺（PAM）能使悬浮物质通过电中和，架桥吸附作用，起絮凝作用的效果；（3）降阻性：聚丙烯酰胺（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5080%，起降阻作用的效果； （4）增稠性：聚丙烯酰胺（PAM）在中性和酸性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，体现增稠作用的效果。由于这些独特的特性，使得其应用到众多的行业之中，被称为“百业助剂”的称号真的是不二之选。目前其国内主要的应用现状是：石油开采（油驱技术）、水处理（去污）、纺织（具有强的吸湿性,优良的吸附性和分散性）、造纸（具有强的吸湿性,优良的吸附性和分散性）、农业（改良土壤结构，提高土壤保水、保土、保肥、保温能力）等行业。国外主要应用领域为水处理（去污）、造纸（具有强的吸湿性,优良的吸附性和分散性）、矿山（提高固液分离效果，减少尾矿流失和环境污染）、冶金（固液分离）等；国内目前用量最大的是石油开采行业，用量增长最快的是水处理领域和造纸行业。预计，20122018年，聚丙烯酰胺在石油开采、采矿、造纸及水处理四大应用领域的市场将以7.2%的年均复合增长率持续增长。因此，对聚丙烯酰胺的研究使用十分必要，总结其最新的研究进展非常重要。5.聚丙烯酰胺的用途 作为油田调剖堵水剂，使其与交联剂、稳定剂、促凝剂结合，反应生成具有聚合凝胶和树脂凝胶的高强凝剂胶堵水剂。它通过附着、物理堵塞等作用堵塞地层孔隙和裂缝，调整不同的比例，可控制凝胶时间长短，以适应不同地质清况变化。 用作各种油污、有机、无机、污水、复杂污水的处理。在PH变化不定的污水系统中，两性离子的协同效果远远比单一离子聚丙烯酰胺使用效果好，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，沉淀能把污水中杂质等带走。所以两性离子产品最为理想。 用于污泥脱水。聚丙烯酰（PAM）破坏颗粒结构从而释放水分，其憎水性可使水分和颗粒粉末进行脱离。 聚丙烯酰胺PAM在造纸行业中广泛用作驻留剂、助滤剂、均度剂、水处理净水剂等。它的作用是能够大大地提高纸张的质量，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、节约成本以及对环境的污染等。总之，在造纸行业中最终使用的效果是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。 6. 聚丙烯酰的稳定性概括 聚丙烯酰胺水溶液的稳定性已能满足许多方面因素的要求，但溶液粘度随浓度、时间、温度、剪切速率及环境和原料因素等发生变化，从而影响其实际应用效果。聚丙烯酰胺（PAM）与许多水溶性高分子一样，聚丙烯酰胶水溶液长期放置时，其粘度随其逐渐下降，从而影响其性能并给溶液性能测定增加一定难度。“般认为这是大分子链在氧化作用下发生降解反应的原因。光、热和机械作用也可引发降解。而且，聚丙烯酰胺溶液在泵送或向地下注入的流动过程中都会发生明显的剪切降解，剪切降解的程度与其相对分子质量大小有关。微生物的存在是会侵蚀聚丙烯酰胺，它是基于真菌降解复杂结构高分子方面的非特异性降解酶系统。 在干燥的时候，具有强烈的水分保留性，不易干燥充分；干燥的固体粉末在长期中，因为吸收了空气中的水分，继而容易发潮。聚丙烯酰胺的水溶液放久后就容易发生老化，粘度也降低了，性能因此也变差，受到影响。在聚丙烯酰胺溶液需长期放置时，要加入适量的稳定剂来防止其被氧化和降解，否则会影响到其絮凝效果，从而可以看出了聚丙烯酰胺胺溶液的稳定性很容易受影响。 二、 聚丙烯酰胺溶液稳定性的研究背景及意义 研究背景：从我国的发展历史中可以看出（具体内容在发展史中详细），一个方方面，我国现在城市化已经变成事实，在我国的城市化率达到一定的比例时，我有些问题就随之而来，比如：城市污水处理、城市环保等；另一个方面，我们都知道石油是不可再生资源，这就意味着只要我们的石油资源会越来越少，在这种情况下，聚丙烯酰胺在石油的开采中的占到了一个很重要的地位，它被作为增稠剂、稳定剂和沉降絮凝剂。从上面的两个方面我们可以简单的知道这些问题都和聚丙烯酰胺的性质和性能有关。 研究意义：从目前为止，我国的聚丙烯酰胺的性质以及性能这方面还没有到最好。在某些生产环境下，聚丙烯酰胺溶液的稳定性不稳定，需要更多的研究和探索，争取在各种生产环境下都有相应的产品，满足相应的需求。三、聚丙烯酰胺的发展现状 在石油开采这个行业中, 聚丙烯酰胺具有增稠、絮凝和对流体变性的调节作用。主要可用作为钻井泥浆的增稠剂、稳定剂和沉降絮凝剂。将聚丙烯酰胺加入到钻井泥浆中, 可以增加泥浆的黏稠度, 大幅度地提高悬浮力,使泥浆分散均匀, 控制失水, 增加稳定性, 降低摩阻力, 提高固定油井的速度; 在三次采油中加入聚丙烯酰胺, 可明显增加驱油能力, 避免击穿油层, 提高油床的开采收率; 聚丙烯酰胺还可用作压裂液添加剂, 可以增加粘度, 提高悬砂能力, 降低过滤的损失、减少模阻; 此外，还可用作水油比例控制剂、缓速剂和暂堵剂等。在水的处理方面, 聚丙烯酰胺作为絮凝剂, 广泛应用于城市污水、生活污水、工业废水等的处理以及各种地下水和工业悬浮液的固液分离。在采矿、洗煤方面, 采用聚丙烯酰胺作絮凝剂, 可促进固体沉降,使水澄清, 同时，可回收大量有用的固体颗粒, 避免对环境造成污染。用作印染助剂时, 可使产品附着牢度大, 鲜艳度高。在纺织工业方面, 聚丙烯酰胺作为织物后处理的上色剂和整理剂, 可以生成柔顺、防皱及耐霉菌的保护层; 利用它的强吸湿性的特点, 能降低纺细纱生产过程中的断线率。在造纸工业方面,聚丙烯酰胺用作分散剂, 可以改善纸页的均匀度;而且还用作增强剂, 能有效提高纸张的强度; 用作助留剂、滤水剂、沉降剂, 能提高填料和细小纤维的存留率, 加速脱水速度, 还可沉淀污水、减少污染。在电解冶金方面, 添加聚丙烯酰胺, 可改善金属在阴极沉积的质量, 并增加电流效率；在制糖业方面, 聚丙烯酰胺可加速蔗汁中细粒子的下沉, 促进过滤性能和提高滤液清澈度。在养殖业方面, 聚丙稀酰胺可改善水质,增加水的透光性能, 从而改善水的光合作用。最后, 聚丙烯酰胺还可以用作隧道、水坝等工程堵水固沙的化学灌浆和水下和地下建筑物的防腐剂, 还可用作土壤改良剂、粘结剂、纤维改性剂、光敏树脂交联剂等。四、国内发展史 我国聚丙烯酰胺产品的开发及应用始于20世纪50年代末期，1962年上海天原化工厂建成全国唯一套聚丙烯酰胺的生产装置设备，生产水溶胶产品（水溶胶是以水作为分散介质的溶胶。其中分散的粒子可以是单个大分子，也可以是许多分子的聚集体），然后，吉化公司研究院、中科院广州化学所也成功地研制聚丙烯酰胺并投入生产。1966年，在兰州白银有色金属公司筹建了国内第一条聚丙烯酰胺的生产线。在聚丙烯酰胺（PAM）的应用研究方面，我国较早用于矿物精选，而后在制糖、造纸、钢铁、水处理等领域的应用逐渐扩大。目前聚丙烯酰胺的主要应用领域为石油开采、水处理、造纸、高吸水树脂、冶金和洗煤等工业技术。其消费结构比例为：油田开采占百分之八十一、水处理占百分之九、造纸占百分之五、矿山占百分之二、其它占百分之三，我国聚丙烯酰胺的生产能力不断增加，相关研究也不断的深入。在这个时期我国生产厂家已经达到六十多家，总生产能力约为十六万吨年，总消费量约为十二万吨年。其中生产能力在五千吨年以上的生产厂家主要有大庆油田有限公司化工总厂聚合物厂、北京恒聚油田化学剂有限公司 (即北京朝 阳水处理剂厂)、广东李坛精细化工厂、山东淄川万松集团公司淄川社阳水处理剂厂 、天津市冰峰有机化工有限公司、山西太原重工 (集团)祁县聚合物有限责任公司以及河北冀油田化学厂等；生产能力在 2000-2000吨年的生产厂家主要有抚顺双庆化工有限责任公司、辽宁大连力佳化学制品公司、四川篷溪县顺达利聚合物有限公司、山东胜利油田钻井泥浆助剂厂、山东胜利油田聚合物有限公司、江苏武进精细化工厂、广东杏坛精细化工厂等 ，其它企业的生产能力均在 2000吨年以下 。产品主要包括非离子型聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰胺、亚胺基聚丙烯酰胺、磺甲基聚丙烯酰胺、胺基聚丙烯酰胺 、羟甲基聚丙酰胺以及水解聚丙烯酰胺盐等。在1995年，大庆油田有限公司化工总厂聚合物厂从法国SNF公司引进的5万吨年聚丙烯酰胺生产装置，当时是我国最大的聚丙烯酰胺生产装置 ，在2000年，我国聚丙烯酰胺产量达到5.2万吨，产品分子量达1500万，进口量总量高达为2万公吨左右。2005年我国对聚丙烯酰胺的总需求量已达到142 kt，其中石油开采仍是聚丙烯酰胺占主要的消费领域，占总消费量的百分之七十，其它饭方面消费比例也有所增加。目前已能生产非离子、阳离子型PAM，并按胶体、干粉、胶乳等剂型以及分子量和离子度的不同分为许多牌号的产品。我国PAM产品和国外产品的主要差距是在生产品种上，国外阳离子产品占高分子合成絮凝剂总量的半数以上，而我国仅为 6，且产品分子量较低。到目前为止，我国的生产厂家有100多家，目前我国的聚丙烯酰胺的生产厂主要生产阴离子型聚丙烯酰胺干粉，阳离子聚丙烯酰胺生产厂生产规模小，它们绝大多数生产能力都在100 ta以下。主要的生产厂家有北京希涛技术开发有限公司、华东理工大学、无锡新宇、中石化北京化工研究院、广州聚丙烯酰胺工程技术中心、淄博永胜化工厂、天津有机化工厂、苏州安利化工厂、石油勘探开发科学研究院等。这些生产单位所采用的阳离子单体也主要依靠进口。国内对于阳离子聚丙烯酰胺的各种合成方法进行了广泛的研究，但是由于工业化开发技术水平还处于初步阶段。随着社会的发展国家对污水治理力度的加强，污水处理及污泥脱水用阳离子聚丙烯酰胺会有越来越大的市场。目前我国聚丙烯酰胺产品在种类和品质上还不能完全满足客户的需求，大庆油田化学助剂厂主要以满足石油开采所需的化学助剂趋油的应用为主，其它规模技术相对落后的厂家仅能满足水处理等一般用途。五、国外发展史目前，世界上聚丙烯酰胺的总生产能力约为450kta，产量约400kta，美国、日本、欧洲是聚丙烯酰胺的主要生产和消费地，其生产能力约占世总生产能力的85。国外聚丙烯酰胺（PAM）的生产厂家主要有美国的是道化学公司、联合胶体公司、氰胺公司、拉尔科公司，日本的是日东化学公司、三井东亚公司、三井氢胺公司、三菱化学公司、三洋化成公司、Arakawa公司、Harimo公司，英国的是汽巴特种化学品公司，法国的是SNF圣泰公司，德国的斯托豪森公司、巴斯夫公司和英国联合胶体公司等。20世纪90年代后期，美国、西欧、日本的聚丙烯酰胺消费量分别为12.0万吨、8.6万吨、6.3万吨。到2005年，这三大市场的消费量将分别增长到19万吨、13万吨、8万吨；加上亚洲市场(日本除外)及其他地区2005年20万吨左右的需求量，在2005年的时候全球聚丙烯酰胺总需求量在 60万吨左右。主要驱动因素：环保；水资源利用；石油开采。六、未来发展 PAM是典型的精细化工产品。 目前我国聚丙烯酰胺（PAM）的生产与国外先进水平相比依然还存在很大差别，尤其在专用性产品和各类稠基团共聚改性衍生物的品种中，数量和性能也存在着有较大差距。此外，生产技术落后，总体生产规模小，单机生产能力低、产量低、品种少、质量差。国外先进生产厂家有乳液、悬浮液、粉末状等多种形式的产品，分子量超过1900万，性能优越。然而，我国的工业产品主要是粉剂和胶体，产品分子量较低，一般在500万到800万之间，分子量分布范围较宽，抗矿化度及耐剪切能力低，技术落后。为了使我国聚丙烯酰胺（PAM）系列产品赶上和超过世界先进水平，还需大大改进现有生产工艺，采用先进的生化法聚丙烯酰胺生产技术，这既是精细化工的突破，又是生物化工的重要突破。只有这样才能提高我国PAM 的生产水平，除了继续扩大聚丙烯酰胺（PAM）在石油开采、水处理及造纸等工业上的应用外，还要大力开发PAM在制糖、感光材料、吸水性树脂、电镀、食品、矿冶等领域中的应用，以满足各个领域的需要。在2009年，尽管全球聚丙烯酰胺市场受金融危机的影响呈现衰退迹象，但2011年今后将逐渐回暖，到2015年，市场规模将达到25.1亿美元。市场发展的主要动力来自于下游行业（机械制造、食品加工、木材加工）的复苏、行业环保政策要求与产品相关的技术服务带来的良好的收益以及新兴市场的快速成长等。 在石油开采工业中，聚丙烯酰胺被用于钻井凝聚剂使用，也被用于三次采油。因为目前原油开采成本不断增加，当达到一定的水平时，公司必须采取三次采油工艺来平衡价格。钻井和勘探活动的复苏也会促进聚丙烯酰胺消费增长。在钻采过程中，300万-600万低分子量的聚丙烯酰胺可用作絮凝包被剂来使用。 聚丙烯酰胺在采矿工业中的应用也十分广泛，不但可以用来分离矿物和矿石，还可以作为絮凝剂应用于废水处理，以及密封采矿管道等。由于复杂的定价结构，从目前来看，中国和美国采矿业正在复苏，采矿活动日益活跃，南美钴、煤、铜、黄金、钻石和铁矿砂的市场需求也在不断上升，这将推动全球聚丙烯酰胺市场的增长。 对造纸行业而言，聚丙烯酰胺（PAM）主要用作纸浆纤维和添加剂的黏结剂，或者是用于废水处理。和成熟的欧洲和北美市场比起来，中国、南美、印度和其他亚太地区市场的增长势头令人看好。但是，在造纸生产增速放缓是由于经济发展趋于平缓和欧洲债务危机的影响，从而阻碍了聚丙烯酰胺市场的发展。另外，造纸行业本身的技术含量不高，市场需求也较为稳定，这也就决定了用于该行业的聚丙烯酰胺所能创造有限的利润空间。 最后，聚丙烯酰胺在市政污水处理和工业废水处理领域也扮演一个不可或缺的角色。日益严格的法律法规也促进了水处理工业的发展，市政污水处理领域不仅未受到金融危机的影响，反而表现出良好的增长势头。包括摩洛哥、突尼斯、阿尔及利亚和埃及等国家在内的北非地区出现了非常大市场，而其他一些国家，例如沙特阿拉伯和卡塔尔，也正在加大对水处理的私有化投资。此外，在工业废水处理方面，煤炭开采和热电站建设提供了巨大的业务发展空间，在和人民最贴近的生活方面，中水回用技术的日益关注也是一个市场推动因素。八聚丙烯酰溶液稳定性的相关研究简述精品文档 1.疏水缔合聚丙烯酞胺溶液的稳定性研究，这是主要研究的是在高温下用胜利油田采出液模拟水配制的疏水缔合聚丙烯酞胺溶液的稳定性及适宜它的稳定剂，它具有优良耐温耐盐性能的疏水缔合水溶性聚合物就是其中的一种。疏水缔合水溶性聚合物分子在水溶液中由于静电、氢键或范德华力作用而在分子间产生具有一定强度但又具有可逆反应的物理缔合，形成巨大的三维网状结构，增大了流体力学体积，具有较好的黏性，在高温作用下，聚合物溶液会因为氧化作用、热破坏等原因使粘度降低，从而失去原本的使用价值。 2.部分水解聚丙烯酞胺溶液稳定性的影响因素，目前，部分水解聚丙烯酞胺被广泛应用于油田三次采油中，利用HPAM作为聚合物驱对提高石油采收率的效果十分明显，已成为是中后期油田生产中至关重要的一个环节。然而，HPAM溶液在储存、使用(注人地层到采出)以及采出液的处理过程中，聚丙烯酞胺会发生缓慢降解过程，聚丙烯酞胺本身安全无毒，但是由于在降解过程中释放出的丙烯酞胺单体，丙烯酰胺是具有都行的，会对当地环境造成潜在的危害。而且丙烯酸胺具有神经性和遗传生殖性毒性。3.碱/聚合物复合驱溶液中聚丙烯酞胺的稳定性，聚合物降解反应主要有物理的(热、光、剪切等)和化学的(水解、氧化、微生物酶解等)两个方面，HPAM在高温聚合物驱中应用的关键问题是化学稳定性，它在高温下发生两种降解，即酞胺基的水解和大分子链的降解，其中最普遍的是水解，在碱/聚合物复合驱油体系中，水解现象尤为突出.酞胺基的水解主要依赖于体系的pH值、温度、聚合物的原始链结构三个因素，水解的结果是增大聚电解质效应，使聚合物分子链更加舒展，粘度增加，但此时主链上与酞胺基和梭基相连接的叔碳原子上的氢原子更加暴露出来，更易发生氧化降解反应，导致粘度迅速下降.大分子链的降解与试样的纯度、合成方法、矿化水中离子的性质、氧含量、温度及剪切条件等有关。为了达到稳定聚丙烯酞胺水溶液粘度的目的，可在碱/聚合物溶液中添加稳定剂，以保持聚合物的长期稳定性。九 聚丙烯酰胺研究对环保的影响 首先，我们简单地做一个算数问题，按平均来看，一个人一天的用水量5kg,那么一天我国一天的污水量是65亿kg，可想而知，随着我国的城市化和工业方面取得高速发展的同时, 环境污染也变得越来越严重以及恶化, 目前, 国内城市污水处理量非常大, 尤其是对絮凝剂的需求量变得非常大。虽然研究人员在聚丙烯酰胺的应用方面取得了很大的进展，特别是对聚丙烯酰胺作为絮凝剂的合成、性能及应用关系的研究和促进产品工业化方面, 还需要进一步提高和学习研究。水处理行业约占中国聚丙烯酰胺（PAM）总消费量的11%, 从这个比例可以看出，发展前景相当大。与发达国家相比之下，我国城市污水处理率、工业水的重复利用率和工业废水处理率相当低。因此，随着中国整体工业生产能力和技术水平的提高, 聚丙烯酰胺（PAM）的应用领域将会日益扩大，用量也会逐步增加，聚丙烯酰胺（PAM）在各领域的市场潜力也将逐步显现。它的发展也会向追求更高效、更廉价、更环保是聚丙烯酰胺（PAM）研制的目标, 开发低残留率的聚丙烯酰胺（PAM）是当前的一个重要发展方向。污水成分日趋复杂,传统的絮凝剂品种已远远不能满足使用要求, 降低生产成本是开发新型的当务之急。在理论和实践的双重驱动下, 复合型聚丙烯酰胺和专用聚丙烯酰胺的研究和开发对环境保护和再生资源利用有重要意义。 中国环境保护和生态建设方面已经取得了重大成绩和成果, 但生态总体恶化的趋势尚未从根本扭转, 环境治理的任务之艰巨是必然的。预计到2030年, 全国城市污水总排放量将超过800亿m3, 为保护城市水资源, 应增加污水年处理率。否则, 水质将继续恶化直到完全丧失使用功能。随着科学发展战略的全面实施和人们生活水平的提高, 人们越来越注重环保和生活质量, 污水的处理也越来越受到人们的关注。由于中国污水处理量大, 对絮凝剂的需求也非常大, 而中国产品质量却不高, 大部分都需要进口, 国外产品高昂的价格限制了中国环境的健康发展。因此开发出新技术, 新工艺以及高效无毒、质量高、效果好、成本低的产品, 对于提高环保具有十分现实的意义。实验部分1. 实验仪器及药品表2.1.1 实验原料和试剂一览表原料和试剂规格生产厂家丙烯酰胺分析纯国药集团化学试剂有限公司尿素分析纯国药集团化学试剂有限公司GH分析纯国药集团化学试剂有限公司EDTA分析纯国药集团化学试剂有限公司V44分析纯国药集团化学试剂有限公司NaHSO4分析纯国药集团化学试剂有限公司过硫酸铵分析纯国药集团化学试剂有限公司增改剂分析纯国药集团化学试剂有限公司PO3丙烯酸分析纯国药集团化学试剂有限公司表2.1.2 实验仪器一览表仪器名称生产厂家不锈钢电热蒸馏水器天津市泰斯特仪器有限公司电子天平深圳市科衡仪器电子有限公司HH-S1s.数显恒温水浴锅金坛市大地自动化仪器厂高速万能粉碎机北京市永明医疗仪器有限公司DF-101S集热式恒温磁力搅拌器巩义市予华仪器有限责任公司101-1AB电热鼓风干燥箱天津市泰斯特仪器有限公司SYD-1884石油产品密度试验器上海昌吉地质有限公司2. 聚丙烯酰的制取 取一定量的聚丙烯酰胺（AM）放在烧杯中，然后依次加入连增长基、尿素、EDTA、水，加完之后套上保鲜膜，用橡胶圈固定，在中间插上温度计，在烧杯的出口处留一个孔，这个孔是用来通入氮气的，做好这些之后就开始通入氮气20min，20min后加入。继续通入氮气5min，这段时间后加入引发剂（），加入引发剂之后注意观察温度的变化、溶液是否有粘稠和拉丝现象，如果有了说明聚丙烯酰胺制取成功，否则需要高温或者光照来实现。特别提示：AM有毒，在这个实验操作过程中一定要做好防护措施3. 聚丙烯酰胺溶液的配制 准备好实验药品和仪器，打开电子天平将其置零，放上称量纸并去皮，用小勺取出一定量的药品放在称量纸上，待显示数字稳定后读取数值并做好记录，然后把药品小心翼翼地放入事先烘干的锥形瓶中，用量筒量取一定量的蒸馏水倒入其中，塞上瓶塞，手动晃动1-2min，主要是把附着在容器壁上的粉末去掉。放入合适的磁转子并将其固定在集热式恒温加热磁力搅拌仪器上，溶解40min到8h之间，每隔40min观察一下溶解情况，待容器底部没有明显的颗粒时表明溶解完全。特别提醒：4. 聚丙烯酰溶液稳定性的测定 4.1黏度的测定 聚丙烯酰胺溶液是很粘稠的，一般分子量越高的聚丙烯酰胺的溶液粘度越大，这是因为聚丙烯酰胺大分子是细而长的链状体，在溶液中运动的阻力很大。粘度的实质是反映溶液内磨擦力的大小，亦称为内磨擦系数。各种高分子有机物的溶液的粘度都较高，并随分子量升高而增大。 黏度计的清洗和干燥 取黏度计，置铬酸洗液中浸泡2h以上（沾有油渍者，应依次先用三氯甲烷或汽油、乙醇、自来水洗涤晾干后，再用铬酸洗液浸泡6h以上），自来水冲洗至内壁不挂水珠，再用水洗3次120干燥，备用。按各品种项下规定的测定温度调整恒温水浴温度。取黏度计，在支管F上连接一橡皮管，用手指堵住管口2，倒置黏度计，将管口 !插入供试品（或供试溶液）中，自橡皮管的另一端抽气，使供试品充满球C与A并达到测定线m2处，提出黏度计并迅速倒转，抹去黏附于管外的供试品，取下橡皮管接于管口1上，将黏度计垂直固定于恒温水浴中，并使水浴的液面高于球C的中部，放置15min后，自橡皮管的另一端抽气，使供试品充满球A并超过测定线m1，开放橡皮管口，使供试品在管内自然下落，用秒表准确记录液面自测定线m1下降至测定线m2处的流出时间；依法重复测定 3次以上，每次测定值与平均值的差值不得超过平均值的5%。另取一份供试品同样操作，并重复测定3次以上。以先后两次取样测得的总平均值按公式计算，即得。测定动力黏度时，按“相对密度测定法”标准操作规程测计算公式（mm2/s）=Kt（Pas）=10-6Kt式中 K为用已知黏度标准液测得的黏度计常数，mm2/s2见附注；t为测得的平均流出时间，s；为供试溶液在相同温度下的密度，kg/m3。 4.2分子量的测定 5. 稳定作用机理分析 5.1氢键与缔合作用 首先，聚丙烯酰胺属于有机胺中的酰胺类，有机胺类化合物也属于多羟基化合物，它们一般被用作工业稳定剂，主要是产生大量氢键，氢键是由于它能同时和几个聚合物分子内的H或者O原子结合，使分子间的范德华力变大;同时，由于极性分子之间的相互作用，有机胺分子也与多个聚合物分子形成一种特殊的“缔合”结构。在范德华力与缔合结构共同作用下，分子线团伸展程度更大，流体力学体积也变大，因此，溶液的粘度变大。 5.2自由基连锁反应 (1)链引发:通过光、热、引发剂和溶液氧的共同作用下，如：P-H(聚合物分子链)结构的薄弱处开始产生 P （聚合物分子自由基）: P-H（聚合物分子）+O2P+HOO （1-5） （2)链增长:引发所生成的自由基与没有解离的分子反应，在生成产物的同时又生成心的自由基，新的自由基又继续反应，如：P与O结合形成过 POO(过氧化自由基): P + O POO (1-6) 产生的POO促使链增长反应开始进行，生成的产物是POOH氢过氧化物)和P.: POO + P-H POOH + P (1-7 ) 上述(1)与(2)反应重复发生，致使聚合物的氧化反应重复发生，产生的POOH也一直增加;与此同时，上述反应新生成的PO与 HO还能再参与反应，这就是所谓歧化反应: POOH PO + HO （1-8） 2POOH PO + POO+ HO （1-9） PO + PH POH + P （1-10） HO + PH P + HO （1-11） (3)链终止:自由基可以通过彼此的耦合或岐化而失去活性，而且，还有当以上各个反应生成的自由基都达到一定浓度时，自由基反应终止。如：由于反应产生的POO最多，因此它的自身终止是主要反应，然后是POO与P，及P的自身终止反应。 2 POO POOP +O2 （1-12） POO + P POOP （1-13） 2P P-P （1-14） 以上例子是只要溶液中存在溶解氧，以上一系列反应就会持续发生，其中，导致溶液粘度发生变化的主要原因是生成的POOH可能迅速分解或经过一段时间后分解成更多的自由基。6. 影响因素分析 6.1 制备因素 6.1.1 AM 6.1.2 引发剂 6.1.3 链增长基 6.2 外界因素 6.2.1 光照 6.2.2 pH值 6.2.3 矿化度 6.2.4 温度 缔合反应是放热的过程，升高温度会减弱分子的缔合倾向，甚至完全消失。在高温作用下，聚合物分子链发生断裂， 6.2.5 质量浓度 7.结论 7.1内在因素 7.2外在因素若想保证聚合物溶液粘度的长期有效，可以采取以下方式:（1）防止产生自由基;（2）防止自由基进一步发生反应，清除己有自由基;（3）改善反应条件，将溶解氧以及其它活性杂质尽可能完全的消除。 现如今，抗氧剂主要分为预防型抗和链断裂型。预防型是指利用某种手段阻止或者减小自由基产生的概率，以防发生自由基反应。链断裂型运用的原理是夺取自由基反应时所需的P或 POO ，来减缓氧化反应进程。二者相比，预防型抗氧剂能更快速的防止自由基反应发生。 粘度稳定性实验中使用的是一种预防型抗氧化剂硫代硫化物，可和POOH发生反应，阻止POOH的进一步分解，终止自由基连锁反应的发生。参考文献