聚丙烯酰胺是_种水溶性聚合物，作为合成高 分子絮凝剂广泛应用，同时根据所要处理的污水类 型的不同，又发展了一系列带有不同电荷的离子 型、非离子型、两性的聚丙烯酰胺，其中阳离子型 聚丙烯酰胺（CPAM)由于其适用范围广，受共存盐 影响小，对水中带有负电荷的微粒能起到“电荷中 和”及“吸附架桥”作用而有效地絮凝、脱色，并能 强化固液分离过程等优点，而广泛用于石油开采、 造纸、冶金、采矿、纺织印染、国防、日用化工、 水处理等领域[1-3]，在城镇饮用水、工业用水、工 业废水和城市污水净化处理中使用阳离子聚丙烯酰 胺成为一种趋势[4]。

常见合成阳离子聚丙烯酰胺的方法主要有通过 曼尼希反应进行改性和共聚。通过改性的方法制备 的聚合物，虽能获得高相对分子质量的阳离子聚丙 烯酰胺，但聚合物存在着稳定性差，有效期短，价 格高等缺点。共聚法大多采用水溶液或反相乳液自 由基聚合制备，所用设备少，生产工艺简单，分散聚合法合成阳离子聚丙烯酰胺研究进展及应用,容易 获得不同的相对分子质量[5]。

近年来一种新的聚合方法一聚丙烯酰胺的分 散聚合越来越得到关注，该种阳离子聚丙烯酰胺是 由丙烯酰胺单体(AM)与带有双键的季铵盐共聚所 形成的共聚物，在水溶液状态，形成具有一定的正 电性即阳离子性的一类聚合物，由于其独特的侧链 结构和带有高密度的电荷，可以更有效地使体系中 的微粒脱稳絮凝沉降[6-7]，采用该聚合方法得到的 阳离子型聚丙烯酰胺具有流动性好，无毒环保，稳定性好，溶解速度快多种优点，是对污水处理有优 良效果的阳离子型高分子絮凝剂™，因此这种聚合 方法已引起国内外学者极大重视。

1阳离子聚丙烯酰胺分散聚合的研究进展

分散聚合最初是由英国ICI公司研究者在20 世纪70年代提出来的一种新聚合方法' 分散聚 合的目的是要在烃类溶剂中直接制备稳定的聚合 物粒子，用来代替把聚合物分散成稳定乳胶的技 术，严格地说分散聚合是一种特殊的沉淀聚合_。 相比于其它聚合方法，分散聚合既具有乳液聚合反 应速度快、相对分子质量大的特点，又具有溶液聚 合工艺简单、操作方便的优势。所得聚合产物溶解 速度快，无块状、颗粒状不溶物，使用时不需要庞 大的溶解设备，可以在管道中直接注入，便于自动 化操作和准确计量，节省人力。使用时无有害的有 机溶剂，杜绝对环境的二次污染。此技术彻底克服 了传统产品和工艺存在的诸多问题，有利于环境保 护和节约能源，能合理地解决散热问题，可适用于 各种单体，且能制备不同粒径的单分散性聚合物 微球[11-13]。

丙烯酰胺的分散聚合研究始于20世纪八九十 年代[14]。美国专利USNo.4380600中提出了一种水 包水型阳离子乳液的合成方法，在单体的水溶液中 加入了一种水溶性有机聚合体，并在聚合反应之前 或之后加入无机盐。欧洲专利EP No.262945中将 丙烯酰胺溶于一种水溶性阳离子单体（如二甲基二 丙烯基氯化铵），并分阶段引发合成阳离子聚丙烯 酰胺。接下来更深入的研究便处在分散稳定剂的合 成工艺过程中，由于这类聚合物必须不溶于盐水体 系并且可以在其中稳定的分散，所以对分散稳定剂 的种类要求较严格，美国专利US No.4929655和 5006590中提出了一些方法合成水溶性的带有阳离 子电荷（二甲基苄基铵）的分散稳定剂，但缺点是稳 定剂中含有一定量的疏水性阳离子单体。

Chom. S等[15]研究了在硫酸铵（AS)水溶液中 AM的分散聚合，使用聚丙烯酰乙氧基三甲基氯化 铵（PAOTAC)作稳定剂，2，2M禹氮二（2-甲基-3- 戊酮脒）二氢氯化物(AIBA)作引发剂。发现单体质 量分数为5% ~ 10%，分散剂质量分数为0.6% ~ 1.8%，引发剂浓度为 0.92 x 104~ 1.84 x 104mol/L， AS质量分数为24% ~ 30%，可得到2 ~ 4 |xm 的均 匀稳定的聚合物，聚合物的相对分子质量随稳定剂 和引发剂的浓度增加而减小，而盐浓度对聚合物的 相对分子质量、粒径的影响都不大。

分散聚合法合成阳离子聚丙烯酰胺研究进展及应用,韩磊等[16]采用甲醇-水为分散介质，PVP为稳 定剂，过硫酸钾（KPS)为引发剂，用分散聚合法制 备了聚丙烯酰胺水包水乳液。王进等[17-19]采用复 合引发体系，使丙烯酰胺与甲基丙烯酰氧乙基三甲 基氯化铵（DMC)共聚合，得到相对分子质量达700 万的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，并将其用于麦草浆 的助留助滤试验，获得良好效果。孙艳霞等[20]以 丙烯酰胺和丙烯酰氧基三甲基氯化铵（DAC)共聚单 体进行水溶液绝热聚合，制备出相对分子质量大于 1000万的CPAM产品。鲁红等™成功地运用分散 聚合技术，制得了高相对分子质量的CPAM，该产 品外观为乳白色液体，相对分子质量为300万~ 800万。汪威等[22]以聚丙烯酸接枝壬基酚聚氧乙烯 (PAA-g-NPEO)作分散剂，紫外光（UV)引发AM 在叔丁醇/水(TBA/H2O)体系中进行了分散聚合。

陈冬年等[23]在硫酸铵水溶液中用分散聚合法 合成丙烯酰胺与正离子单体的共聚物，得到了分散 均匀、稳定的聚合物，并对产物进行了表征。 Dongnian Chen等[24]用AM和DMC作为共聚单体， 以聚丙烯酰氧基三甲基氯化铵（PDAC)为分散稳定 剂，2,2-偶氮[2-(2-咪唑啉-2-基）丙烷]二氢氯化 物（VA-044)为引发剂，在无机盐（（NH4)2S〇4或 NaCl)水溶液中合成了较高相对分子质量的阳离子 聚丙烯酰胺。胡瑞等[25]将复合引发体系用于DMC 和AM水溶液共聚，制备了阳离子聚丙烯酰胺类 絮凝剂P(DMC-AM)，并将其应用于十堰市污水 厂废水，取得的处理效果很好。

郭睿威等[26]认为水溶性单体在盐水介质中的 分散聚合是一种新型绿色合成技术。分散聚合法合成阳离子聚丙烯酰胺研究进展及应用,研究了通过 AM和阳离子DMC在无机盐水溶液中的分散共聚 合，制备了稳定的P(AM-DMC)水基分散体。

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王玉峰等[27]以AM和DAC为共聚单体，以硫 酸铵水溶液为反应介质，采用分散聚合法制备出性 能稳定的CPAM水包水乳液。Lijuan Wang等[28]以 AM和丙烯酰氨基二羟丙基三甲基氯化铵（AMHP) 在（NH4)2S〇4水溶液中，以过硫酸钾为引发剂， PDMC为分散剂，合成了一种水溶性阳离子絮凝 剂，处理高岭土悬浮液有很好的效果。

2分散聚合法所得CPAM的应用 2.1阳离子聚丙烯酰胺絮凝机理

阳离子型聚丙烯酰胺的作用不仅表现在可以通 过电荷中和而使胶体颗粒絮凝，而且还可与带负电 荷的溶解物质进行反应，以生成不溶性的盐。

由于阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂分子链中既含 阳离子链节，又含有柔性好的丙烯酰胺链节。所以 当阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂处理含带正电荷的胶 体颗粒的废水时，吸附在胶体表面上的是柔性好的 丙烯酰胺链节。丙烯酰胺链节不是全部都与胶体表 面接触，而是有很多其它链节伸展到悬浮液的液相 中。被吸附在胶体表面上的高分子链节段称为链 串，伸展到液相中的高分子链节称为链环，高分子 的尾端称为链端，伸展到溶液中的链环和链端形成 胶体颗粒间的桥。由于一个高分子链有很多个链串 与颗粒间的桥，当高分子链中吸附的胶体颗粒多 时，使胶体絮凝而发生沉降，即“架桥作用”。当阳 离子型聚丙烯酰胺絮凝剂处理含带负电荷的胶体颗 粒的废水时， 阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂中的阳离 子与废水中的带阴离子的胶体颗粒进行电荷中和作 用，降低z电位，压缩扩散层。当Z电位降低到接 近零时，胶体粒子被凝聚。同时，阳离子型聚丙烯 酰胺的长链产生架桥效应，使胶体絮凝。其它悬浮 的颗粒也被吸附、包卷和捕集，并相互集结形成大 的絮体，分散聚合法合成阳离子聚丙烯酰胺研究进展及应用,即“中和，’与“架桥，’作用[6'29-30]。

因而，阳离子型絮凝剂的相对分子质量即使 较低，也很容易在粒子间进行架桥而表现出絮凝 效果。

2.2阳离子聚丙烯酰胺应用

根据上述机理可知，阳离子聚丙烯酰胺是一种 非常重要的水溶性絮凝剂，相对其它类型的聚丙烯 酰胺，它可以更为有效的应用于污泥脱水、污水脱 色、造纸干、湿增强剂、油井固沙剂等，特别适用 于染色、造纸、食品、建筑、冶金、选矿、煤粉、 油田、水产加工与发酵等有机胶体含量高的行业的 废水处理，在造纸中阳离子聚丙烯酰胺主要用于造 纸废水处理和助滤作用[1]。

近几年来，日、美等国家主要将阳离子聚丙 烯酰胺应用于废水处理，分散聚合法合成阳离子聚丙烯酰胺研究进展及应用,并以每年10%的速度增 长[29]。而我国该领域的阳离子聚丙烯酰胺的应用还 刚刚起步，大多还是应用于造纸和油田。

刑仁卫等™将分散聚合的CPAM乳液用于漂 白烧碱法苇浆的助留助滤研究。结果表明，CPAM 乳液的用量为0.04%时，留着率就可从空白样的 74.2%提高到89.9%，若在体系中加入硫酸铝用于 吸附阴离子杂质，当硫酸铝用量为3%时，CPAM 对浆料的留着率甚至可以达到99.1%。研究还发 现，CPAM乳液对水溶液中阴离子杂质的积累具有 _定的抵抗能力，并且pH值对其助留效果影响很 小，可适应酸性至碱性抄纸系统。鲁红等[21]成功 地运用分散聚合技术制得了高相对分子质量的 CPAM，该产品外观为乳白色液体，相对分子质量 为300万~ 800万。部分纸厂使用该助剂可使网下 白水浓度降低40%，填料和细小纤维的留着率及 浆料的滤水性能大幅提高，纸张的施胶效果明显改 善，吨纸成本可以降低32元左右。同时该产品对 制浆废水处理效果明显，若将该产品配合混凝、气 浮、厌氧消化等方法使用，则废水的COD、BOD5 及色度的去除率将大大提高。顾学芳等™采用AM 和二甲基二烯丙基氯化铵（DADMAC)共聚合得到 聚丙烯酰胺阳离子絮凝剂（PDA)，将该产品用于废 纸再生造纸废水的处理，比较了无机絮凝剂聚合氯 化铝或有机阳离子聚丙烯酰胺单独使用时和无机絮 凝剂与有机絮凝剂配合使用时处理废水的效果。结 果表明，无机絮凝剂与有机絮凝剂配合使用时有很 好的处理效果。

城市与工业污水常用活性污泥法处理，生化污 泥常常是亲水性很强的胶体，所含水极难脱去，但 采用阳离子型聚丙烯酰胺类絮凝剂，可以达到良好 的脱水效果[6]。

3结论

由于CPAM具有特异的优越性能，对它的研 究与开发正在不断扩大和深入。目前，我国的阳离 子聚丙烯酰胺絮凝剂的品种单_，除了聚丙烯酰胺 的经曼尼希反应制备的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂 外，能真正工业化并具有工业潜力的水溶性阳离子 聚丙烯酰胺絮凝剂几乎没有，而且目前用分散聚合 法合成的阳离子聚丙烯酰胺单体浓度低，稳定性不 是很好。对于阳离子季铵盐单体来说，甲基丙烯酰 氧乙基三甲基氯化铵（DMC)的价格比较昂贵，不 适合用于大量生产，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵 (DAC)与二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC)价格相 

对说比较便宜，但合成后物质稳定性不如DMC效 果好。选取上述物质的聚合产物为分散稳定剂需耗 量大，由于其为粘度较大的粘稠状液体，所以取用 量不易控制，聚乙二醇(PEG)系列，分散聚合法合成阳离子聚丙烯酰胺研究进展及应用,高相对分子质 量容易产生暴聚，低相对分子质量的效果虽好，但 合成产物相对分子质量不高。

今后的研究重点应该是寻找更为廉价的分散体 系、制备更为有效的分散剂、便宜易得的阳离子单 体及加强对AM与其它功能性单体分散共聚的研 究，以增强其絮凝能力。随着人们对分散聚合机理 研究的深入和分散聚合技术的日益完善，AM的分 散聚合制备技术一定会取得长足的进步。