阳离子聚丙烯酰胺水处理剂的聚合研究新进展

郑怀礼+陈楠+徐斌成+冯力+郑欣钰+郑超凡+张世欣+刘泽楠

摘 要：絮凝法是最重要的水污染控制方法之一。絮凝剂是絮凝污染控制方法的关键部分和核心基础，对最终的水处理效果起着至关重要的影响。其中，阳离子聚丙烯酰胺是一类重要的水处理剂，在水处理领域一直备受关注。综述了阳离子聚丙烯酰胺自由基共聚合法的引发体系与研究进展，主要介绍了偶氮类引发体系、氧化还原引发体系、复合引发体系和紫外光引发体系的特点和应用，阐述了阳离子聚丙烯酰胺中常用的共聚阳离子单体的种类和应用，对阳离子聚丙烯酰胺未来的发展趋势和研究方向进行了展望。

关键词：阳离子聚丙烯酰胺；水处理剂；共聚合；引发体系；阳离子单体

中图分类号：X703.1

文献标志码：A 文章编号：1674-4764（2017）05-0116-07

Abstract：Flocculation is one of the most important water pollution control methods. Flocculant is a key foundation of flocculation pollution control method， which plays a vital role in the final water treatment effect. Among these， cationic polyacrylamide is an important type of water treatment agent， which has been of concern in the field of water treatment. The initiation system in the free radical copolymerization and research progress of cationic polyacrylamide are summarized. Characteristics and application of initiation system in the polymerization， such as azo-initiator system， redox initiation system， complex initiation system and UV initiation system are introduced mainly. The types and application of common cationic monomers in the copolymerization are elaborated. Furthermore， its future development tendency and research direction are predicted.

Keywords：cationic polyacrylamide；water treatment agent；copolymerization； initiation system； cationic monomer

中國是一个严重缺水的国家，随着城市化和工业化的发展，污水排放量日益增加，水体污染问题日益严重，水资源短缺问题更加严峻，对人类的生产生活产生一系列不利影响。因此，选择合理的水处理方法以确保环境、人类健康安全和社会可持续发展至关重要。污泥是污水处理的副产物，在污水处理过程中，通常会产生约占污水处理总量0.5%～1%的污泥，其含水率高，成分复杂，脱水困难，如果不对污泥进行合理有效的处置，不仅会影响污水处理厂的出水水质，而且，会对周围环境造成严重污染，因此，污泥的处理处置已经逐渐引起人们的重视[1-3]。

絮凝法是一种高效处理污水和污泥的方法[4]，絮凝法能否高效处理污泥或污水，关键在于絮凝剂类型的选择[5-7]。有机高分子絮凝剂常用于处理污泥和工业废水，尤其是丙烯酰胺类聚合物。聚丙烯酰胺（PAM）是丙烯酰胺及其衍生的均聚物和共聚物的统称，根据分子链上的官能团在水溶液中不同的离解形态，PAM可以分为非离子型（NPAM）、阳离子型（CPAM）、阴离子型（APAM）和两性离子型。

由于污水和活性污泥中存在着大量呈负电性的悬浮胶体颗粒，使得CPAM能够更加有效的发挥电中和及吸附架桥作用，故带正电的CPAM在絮凝应用方面因其突出的优越性而引起广泛关注。CPAM的制备方式大体上可以分为聚丙烯酰胺的阳离子改性及丙烯酰胺单体和阳离子单体的共聚。相比于第一种方式，丙烯酰胺与阳离子单体共聚具有操作简单，产物水溶性好、阳离子度易于控制等优点，在CPAM的制备和生产中，单体共聚法是大规模生产CPAM的有效方法。在单体共聚合法中，引发剂控制聚合的链引发反应，而链引发是影响聚合速率和聚合物分子量的关键一步，故CPAM的性能与聚合引发体系密切相关。因此，阳离子单体和共聚引发体系是影响聚合产物的最关键性因素。论文重点介绍CPAM合成中最为常用的引发体系：偶氮类引发体系、氧化还原引发体系、复合引发体系以及紫外光引发体系，并对共聚制备CPAM常用的阳离子单体种类进行介绍，最后，对阳离子聚丙烯酰胺未来的发展方向进行展望。

1 CPAM的引发体系

1.1 偶氮类引发体系

偶氮类引发剂是CPAM聚合常用的引发剂，具有分解速率均匀，只形成一种自由基，无诱导分解等优点，近年来，偶氮类引发剂尤其是水溶性引发剂已广泛应用于阳离子聚丙烯酰胺的合成中。但中国的偶氮类引发剂也存在品种较单一，且价格相对较高等问题。目前，广泛采用的水溶性有机偶氮类化合物有偶氮二异丁脒盐酸盐（V-50）、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐（VA-044）、偶氮二氰基戊酸等[8]。

段文猛等[9]采用V-50为引发剂，通过反相乳液聚合法制备出高相对分子质量和高阳离子度的CPAM，并研究了不同引发剂对单体转化率和CPAM的影响。实验结果表明，以无机水溶性过硫酸钾（KPS）及其构成的氧化还原体系（KPS/NaHSO3、KPS/DM、KPS/NaHSO3/V-50）为引发剂时，聚合产物CPAM的特性粘度低，与KPS和其他水溶性引发剂相比，水溶性偶氮类引发剂V-50分解平稳，可控性好，制备的CPAM特性粘度高。控制其他条件，在V-50质量分数为0.09%的条件下，合成的P（AM-DAC）的特性粘度高达13.78 dL/g，对含聚污水的絮凝效果好。endprint