聚丙烯酰胺應用領域之廣泛 被稱為助劑之王

聚丙烯酰胺作為一種多功能化工產品, 在世界范圍內其用量正以平穩的速度增長。我國聚丙烯酰胺的應用水平與發達國家尚有較大差距, 要使我國聚丙烯酰胺的系列產品趕上和超過世界先進水平,還需改進現有生產工藝, 提高技術水平, 穩定產品質量。

Synthesis and char acter ization of imidazolium- based ionic liquids

Abstr act: The intermediate 1- buty1- 3- methylimidazolium bromide was synthesized from the material of Nmethylimidazolium and 1- butylbromideX 1- butyl- 3- methylimidazolium terafluoroborate and hexafluorophosphate were synthesized with anion exchange reaction. The structures of the objective products were confirmed by FT- IR and 1HNMR, the purity of products were determined to be all above 99.0% with HPLCmethod.
Key words: ionic liquid‘ [BMIM]BF4X [BMIM]PF6X synthesisX characterization

1.1 用作絮凝劑在水處理方面的應用
水處理包括原水處理、污水處理和工業水處理等。在原水處理中與活性炭等配合使用, 可用于生活水中懸浮顆粒的凝聚、澄清。用有機絮凝劑丙烯酰胺代替無機絮凝劑, 即使不改造沉降池, 凈水能力也可提高20%以上; 在污水處理中, 采用聚丙烯酰胺可以增加水回用循環的使用率, 還可用作污泥脫水; 工業水處理中用作一種重要的配方藥劑。聚丙烯酰胺在國外應用較大的領域是水處理, 國內在此領域的應用正在推廣。聚丙烯酰胺在水處理中的主要作用[1]:
( 1) 減少絮凝劑的用量。在達到同等水質的前提下, 聚丙烯酰胺作為助凝劑與其它絮凝劑配合使用, 可以大大降低絮凝劑的使用量; 在達到同等水質的前提下, 聚丙烯酰胺作為助凝劑與其它絮凝劑配合使用, 可以大大降低絮凝劑的使用量;
( 2) 改善水質。在飲用水處理與工業廢水處理中, 聚丙烯酰胺與無機絮凝劑配合使用, 可明顯改善水質;
( 3) 提高絮體強度與沉降速度。聚丙烯酰胺形成的絮體強度高, 沉降性能好, 從而提高固液分離速度, 有利于污泥脫水;
( 4) 循環冷卻系統的防腐與防垢。聚丙烯酰胺的使用可大大減少無機絮凝劑的用量, 從而避免無機物質在設備表面的沉積, 減緩設備的腐蝕與結垢。

1.4 醫學領域的應用[3]
在醫學上, 聚丙烯酰胺凝膠可用作非凝血酶原粒化劑, 外科, 隱形眼鏡原料, 微膠囊的外層包復料, 并用作制造高質量的止血拴, 婦女衛生巾及小兒尿布, 在醫學領域, 均聚物凝膠用于非凝血酶原料和藥物的載體。交聯的部分水解聚丙烯酰胺可用于生化領域, 粒度幾百微米到幾十微米的聚丙烯酰胺可用于色譜填料( 例如凝膠色譜柱填料) , 可有效地分離細胞色素等球形蛋白質。并能進一步對蛋白質脫鹽、濃縮等。聚丙烯酰胺樹脂經Mannich 反應,在酰胺基側鏈上經亞甲基橋引入L- 脯氨酸或L- 羥脯氨酸, 在與銅離子配位, 得到手性配體樹脂, 它對一系列DL 氨基酸進行有效拆分。經Hofmann 降解得到的聚乙烯胺樹脂上手性氨基酸再與銅離子絡合, 作為配體交換色譜的固定相, 可對一系列氨基酸進行拆分, 對芳香氨基酸的拆分效果尤佳, 由于骨架的親水性較強, 大大縮短了拆分時間。

1.5 農業的應用
1.5.1 對土壤物理性狀的影響
聚丙烯酰胺可有效改善土壤結構, 使土壤大團聚體數目增加, 增大土壤表面粗糙度, 降低土壤容重, 使土壤總孔隙率和毛管孔隙度上升, 進而使土壤顆粒和孔隙結構保持穩定, 是土壤入滲率明顯提高, 增加土壤含水量[4],也被稱為土壤保濕劑。

1.5.2 聚丙烯酰胺的防蝕功能研究

降雨發生時, 雨滴撞擊土壤表面, 分散土粒, 使其發生移動而產生濺蝕, 同時由于雨滴的撞擊作用, 破壞表土結構, 堵塞土壤孔隙, 減少降雨入滲,增加地表徑流, 經流匯集發生細溝侵蝕, 使土壤的流失量成倍, 甚至10 倍多的增大。通過維護土壤表面的結構和增加團聚體的穩定性。抑制土壤結皮的形成是增加降雨入滲的有效方法之一。

1.5.3 聚丙烯酰胺對作物生長的影響及環境效應研究

聚丙烯酰胺在防止水土流失的過程中增加了土壤保水性和保肥性, 改良了土壤, 改善了土壤的通透性和抗旱能力, 給作物的增產提供了條件[5]。施用聚丙烯酰胺后, 可以提高作物出苗率。聚丙烯酰胺能有效的減少徑流損失, 特別是減少了吸附在土壤上的殺蟲劑的損失和地表磷元素流入河流和湖泊的損失。從環境的角度來看, 使用聚丙烯酰胺有利于改善河水質量。

1.2 采油中的應用
聚丙烯酰胺是一類多功能的油田化學處理劑,廣泛用于石油開采的鉆井、固井、完井、修井、壓裂、酸化、注水、堵水調剖、三次采油作業過程中, 特別是在鉆井、堵水調剖和三次采油領域[1]。聚丙烯酰胺水溶液具有較高的粘度, 有較好的增稠、絮凝和流變調節作用, 在石油開采中用作驅油劑和鉆井泥漿調節劑。在石油開采的中后期, 為提高原油采收率,我國目前主要推廣聚合物驅油和三元復合驅油技術。通過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, 可增加驅油能力, 避免擊穿油層, 提高油床開采收率。中國石油工業是聚丙烯酰胺的較大用戶, 聚丙烯酰胺的科技進步促進了中國石油工業的發展, 石油工業的需求又加速了聚丙烯酰胺的科技創新步伐與行業的發展。

1.3 造紙領域的應用[2]
聚丙烯酰胺在造紙領域廣泛用作助留劑、助濾劑、均度劑等以提高紙張的質量、料漿脫水性能、細小纖維及填料的留著率, 減少原材料消耗及對環境的污染, 用作分散劑, 可改善紙的均勻度。聚丙烯酰胺在造紙工業中主要應用在兩個方面, 一是提高填料、顏料等的存留率以降低原材料的流失和對環境的污染; 二是提高紙張的強度。在紙料中加入聚丙烯酰胺, 能提高細小纖維和填料粒子在網上的留著率, 加速紙料的脫水。聚丙烯酰胺的作用機理是漿料中的顆粒靠電中和或架橋而絮凝得以在濾布上保留下來。絮塊的形成也能使漿料中的水更易濾出, 減少了纖維在白水中的流失量, 減少環境污染,又有利于提高過濾和沉淀等設備的效率。聚丙烯酰胺在造紙工業中主要用作造紙增強劑、助留助濾劑。( 1) 聚丙烯酰胺用作助留助濾劑。聚丙烯酰胺及其改性物是目前較常用的助留助濾劑。作為助流劑使用的主要是陰離子聚丙烯酰胺, 這類助留劑可直接與纖維和填料形成靜電吸附使之留著, 同時亦可通過橋聯作用與纖維結合。高相對分子質量的陰離子聚丙烯酰胺作為助留劑有更好的效果而在造紙中得到更廣泛的應用。( 2) 聚丙烯酰胺用作增強劑。聚丙烯酰胺是一類優良的造紙增強劑, 它所帶的酰胺基極易和漿料纖維素的羥基之間形成的較多的氫鍵而是紙頁得到增強。此外, 聚丙烯酰胺還應用于造紙生產的廢水處理和纖維回收。

1.6 其他領域的應用
1.6.1 采礦、洗煤領域
 

洗煤廠用聚丙烯酰胺主要用作絮凝劑可促進采礦、洗煤回收水中的固體物沉降, 使水澄清, 同時可回收有用的固體顆粒, 并避免對環境造成污染。隨著采煤的機械化程度提高, 微細粒煤含量占有的比重越來越大, 其中一部分在洗選過程中造成惡性循環, 要實現清水洗煤, 就必須加速煤泥水中的細粒煤的沉降, 及時回收系統中的細粒煤泥, 確保低的循環水濃度。聚丙烯酰胺是一種高效的有機高分子絮凝劑,它常與無機凝聚劑復配用于選煤廠的煤泥水處理。在選煤廠中, 洗煤廠用聚丙烯酰胺其主要用于: ( 1) 在煤泥水深度凈化濃縮機中, 添加聚丙烯酰胺絮凝劑, 加速煤泥的沉降,降低溢流水濃度。( 2) 在真空過濾機或壓濾機中, 添加聚丙烯酰胺絮凝劑, 改善濾餅結構, 降低濾餅水分, 提高過濾速度。
1.6.2 紡織、印染工業中的應用
聚丙烯酰胺代替淀粉和明膠用作纖維的漿料,可使纖維有極好的梳棉性, 并明顯地降低漿料的消耗量。共聚物含有一定量醋酸乙烯基團, 可作纖維精整劑, 使纖維表面很快形成吸水薄層, 共聚物所含的輕甲基基團可與纖維素中羧基基團形成交聯的高分子網絡結構, 從而提高纖維的彈性及抗斷裂性。聚丙烯酰胺還可用作上漿劑、織物整理劑等。利用其吸濕性強的特點, 能減少紡細紗時的斷線率。
1.6.3 制糖業的應用
聚丙烯酰胺可加速蔗汁中細粒子的下沉, 促進過濾和提高濾液清澈度。
1.6.4 在建材工業中的應用
聚丙烯酰胺可用作涂料增稠分散劑、鋸石板材冷卻劑以及陶瓷粘接劑等。
此外, 聚丙烯酰胺還廣泛應用于陶瓷、化肥、油漆、涂料等行業。