摘要：陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺具有許多優(yōu)點(diǎn)，具有開(kāi)發(fā)研究?jī)r(jià)值，是重要的高分子絮凝劑。本文介紹了陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺絮凝劑的制備方法、 應(yīng)用及其絮凝作用機(jī)理，并分析了其發(fā)展方向。

70年代以來(lái)，陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺的研制開(kāi)發(fā)出現(xiàn)了明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，日本、美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)等國(guó)，目前在廢水處理中都大量使用了陽(yáng)離子型絮凝劑，尤其是近幾年，日、美等國(guó)陽(yáng)離子型絮凝劑已占合成絮凝劑總量的60%，且每年仍以10%以上的速度增長(zhǎng)。這是因?yàn)楝F(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)代化生活水 平的提高使排水中有機(jī)物質(zhì)含量大大提高。對(duì)于這些含有機(jī)物或膠體的水體系，由于其微粒表面帶負(fù) 電荷，致使非離子型或陰離子型高分子絮凝劑用于這類(lèi)廢水處理不能獲得滿(mǎn)意的處理效果，而使用陽(yáng)離子高分子絮凝劑時(shí)，它可以與水中微粒起電荷中和及吸附架橋作用，從而使體系中的微粒脫穩(wěn)、絮凝而有助于沉降和過(guò)濾脫水，產(chǎn)生很好的絮凝凈化作用。因此，陽(yáng)離子型絮凝劑的研究和使用很受關(guān)注。

國(guó)外在已開(kāi)發(fā)應(yīng)用的陽(yáng)離子型絮凝劑中，陽(yáng)離子型聚聚丙烯酰胺絮凝劑占重要的地位。我國(guó)水處理劑總量的3/4是絮凝劑，其中聚丙烯酰胺占絮凝劑的一半。因此，聚丙烯酰胺陽(yáng)離子化是我國(guó)發(fā)展陽(yáng)離子型絮凝劑的重要方向。 

1、陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺絮凝劑的制備

據(jù)報(bào)道，有含硫、磷、氮的陽(yáng)離子高分子絮凝劑，但有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的幾乎是含氮陽(yáng)離子絮凝劑。含氮陽(yáng)離子絮凝劑可分為含一、二、三價(jià)氮原子的質(zhì)子化絮凝劑和含四價(jià)氮（季銨）基團(tuán)的絮凝劑兩大類(lèi)。它們的區(qū)別在于陽(yáng)離子性是否與廢水中的pH值有關(guān)；含質(zhì)子化氮的絮凝劑應(yīng)用時(shí)應(yīng)考慮廢水中的 pH值對(duì)其影響而含四價(jià)氮基團(tuán)的絮凝劑與廢水中的值無(wú)關(guān)。 

陽(yáng)離子型絮凝劑在非離子型PAM均聚物（或PAM共聚物）中加陽(yáng)離子化試劑，也可以由陽(yáng)離子型單體與 AM共聚制得。其制備方法概括起來(lái)可分為三大類(lèi)。 

1.1 非離子型聚丙烯酰胺的陽(yáng)離子改性

陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺合成通常是通過(guò)經(jīng)甲基或曼尼期反應(yīng)在聚丙烯酰胺上引入胺類(lèi)分子，分叔胺型和季銨型陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺。早在1956年有人就用甲醛和二甲胺與PAM反應(yīng)，研制出叔胺型改性PAM； 日本專(zhuān)利用次氯酸鈉和PAM進(jìn)行曼尼期反應(yīng)，然后再與二胺試劑反應(yīng)，也制得叔胺型改性PAM；我國(guó)也進(jìn)行了這方面的研究，如用甲醛和雙氰胺與PAM反應(yīng)研制出脈鹽酸型改性PAM，并用于處理染料廢水；用二氰二胺對(duì)聚丙烯酰胺進(jìn)行改性，獲得一種新型陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺，它對(duì)印染廢水中的活性艷紅 X-33有良好的脫色絮凝作用，其凈化效果可達(dá)99%；用甲醛和二甲胺在一定條件下與聚丙烯酰胺反應(yīng)， 生成叔胺型陽(yáng)離子聚丙烯酰胺，然后再進(jìn)一步與硫酸二甲酯反應(yīng)，生成季銨型陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺，但用此方法制備的陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺有毒性。

1.2 丙烯酰胺單體與陽(yáng)離子單體共聚合

丙烯酰胺與乙烯類(lèi)陽(yáng)離子單體共聚合可得到陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺。較常見(jiàn)的陽(yáng)離子單體是季銨或叔胺化的胺基酯或烷胺基酰胺。

丙烯酰胺（AM）和二甲基二烯丙基氯化銨共聚合制得的季銨化陽(yáng)離子高分子絮凝劑是季銨化陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺中重要的一種。因?yàn)镈MDAAC均聚物（PDADMA）及其共聚物具有正電荷密度高、水溶性好、相對(duì)分子質(zhì)量易于控制、高效無(wú)毒、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，廣泛應(yīng)用于污水處理、生活用水處理等方面。如吳全才用反相乳聚合法制備的AM/DMDAAC陽(yáng)離子絮凝劑處理遼陽(yáng)化工廢水、遼陽(yáng)織染廢水和遼陽(yáng)造紙廢水，處理后的廢水已達(dá)到回用水的要求，污泥脫水的沉降速度優(yōu)于日本水溶液聚合的高分子陽(yáng)離子絮凝劑。肖遇等用水溶液聚合法制備的AM/DMDAAC陽(yáng)離子絮凝劑處理江漢石油化工廠(chǎng)隔油后的污水、采油污水、鉆井污水，結(jié)果表明，其使用效果比使用陽(yáng)離子絮凝劑80A-51、M- PAM好。

王雅瓊等用丙烯酰胺（AM）和甲基丙烯酸胺基乙酯（DM）共聚合制得的陽(yáng)離子高分子絮凝劑，并對(duì)造紙廠(chǎng)中段白水進(jìn)行了絮凝沉降試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，其較佳用量、沉降速度、絮凝后的透光率隨聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量投加量及水體系pH值等因素的改變而改變，相對(duì)分子質(zhì)量增加可增加吸附架橋作用，使微粒加大而有利于絮凝沉降。該陽(yáng)離子絮凝劑在酸性條件下的絮凝效果比在堿性條件下好。

1.3 天然高分子-丙烯酰胺接枝共聚陽(yáng)離子化

天然高分子物質(zhì)具有相對(duì)分子質(zhì)量分布廣、活性基團(tuán)多、結(jié)構(gòu)多樣化等特點(diǎn)，且其來(lái)源廣、價(jià)廉、可再生、無(wú)毒，所以這類(lèi)絮凝劑的開(kāi)發(fā)潛力較大。改性陽(yáng)離子淀粉衍生物、木質(zhì)素衍生物、甲殼素衍生物等，尤其是近幾年來(lái)淀粉-聚丙烯酰胺接枝共聚物的研究日益引起人們的關(guān)注，并取得一定的進(jìn)展。它與均聚丙烯酰胺相比，具有絮凝能力強(qiáng)、分子鏈穩(wěn)定性好、適應(yīng)范圍廣、陽(yáng)離子化反應(yīng)更容易進(jìn)行等特點(diǎn)。藩松漢等用木薯淀粉為原料，采用兩步法合成的陽(yáng)離子接枝型淀粉聚丙烯酰胺絮凝劑對(duì)洗煤廢水進(jìn)行處理，對(duì)洗煤廢水的絮凝沉降速度和上層清液的透過(guò)率都比均聚丙烯酰胺好。趙彥生等采用一步法合成的陽(yáng)離子接枝型淀粉聚丙烯酰胺絮凝劑對(duì)山西毛紡廠(chǎng)印染廢水進(jìn)行處理，對(duì)印染廢水的絮凝沉降速度和上層清液的透過(guò)率都比非離子型聚丙烯酰胺和陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺好。楊通在等合成的陽(yáng)離子接枝型淀粉聚丙烯酰胺絮凝劑對(duì)印染、釀酒、屠宰和印刷電路板等行業(yè)輕工廢水處理，具有投量少、產(chǎn)污泥量少、處理效率高等特點(diǎn)。李瓊等合成的陽(yáng)離子接枝型淀粉聚丙烯酰胺絮凝劑對(duì)廣州某表面活性劑廠(chǎng)的生產(chǎn)廢水處理,具有產(chǎn)生的絮凝體沉降速度快、適用的pH值范圍寬、化學(xué)需氧量（COD）去除率高等特點(diǎn)。

2、陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺絮凝劑的絮凝作用機(jī)理

陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺絮凝劑分子鏈中既含陽(yáng)離子鏈節(jié)，又含柔性好的丙烯酰胺鏈節(jié)。當(dāng)陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺絮凝劑處理含膠體顆粒帶正電荷的廢水時(shí)，吸附在膠體表面上的是柔性好的丙烯酰胺鏈節(jié)。丙烯酰胺鏈節(jié)不是全部都與膠體表面接觸，而是很多鏈節(jié)伸展到懸浮液的液相中。被吸附在膠體表面上的高分子鏈節(jié)段為鏈串，伸展到液相中的高分子鏈節(jié)稱(chēng)為鏈環(huán)，高分子的尾端稱(chēng)為鏈端，伸展到溶液中的鏈環(huán)和鏈端形成膠體顆粒間的橋。由于一個(gè)高分子鏈有很多個(gè)鏈串與顆粒間的橋，當(dāng)高分子鏈中吸附的膠體顆粒多時(shí)，使膠體絮凝而發(fā)生沉降，即“架橋作用”。當(dāng)陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺絮凝劑處理含膠體顆粒帶負(fù)電荷的廢水時(shí)，陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺絮凝劑中的陽(yáng)離子與廢水中的帶陰離子的膠體顆粒進(jìn)行電荷中和作用，降低ζ電位，壓縮擴(kuò)散層。當(dāng)5電位降低到接近零時(shí)，膠體粒子被凝聚。同時(shí)，陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺的長(zhǎng)鏈產(chǎn)生架橋效應(yīng)，使膠體絮凝。其他懸浮的顥粒也被吸附、包卷和捕集，并相互集結(jié)形成大的絮體，即“中和與架橋作用”。其沉降性好，脫色力強(qiáng)。由于廢水中的有機(jī)物或膠體的微粒表面帶負(fù)電荷，因此，陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺絮凝劑處理效果好。

由于廢水水質(zhì)變化十分復(fù)雜，組成千差萬(wàn)別，電荷性各不相同，處理效果也不盡相同。因此，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)先了解廢水水質(zhì)，然后在此基礎(chǔ)上選擇合適的陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺絮凝劑，發(fā)揮絮凝劑的電荷中和作用與吸附架橋作用。其處理廢水的效果與其相對(duì)分子質(zhì)量、陽(yáng)離子度、加入量、攪拌時(shí)間等因素有關(guān)。

3、陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺絮凝劑的發(fā)展趨勢(shì)

絮凝劑作為精細(xì)化工產(chǎn)品中的一個(gè)重要門(mén)類(lèi)，國(guó)內(nèi)外都在開(kāi)發(fā)價(jià)廉、無(wú)（或低）毒、無(wú)污染、一劑多效的產(chǎn)品上下功夫。在探索絮凝機(jī)理的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)新型高效多功能的高分子絮凝劑及兼具絮凝、緩蝕殺菌等多種功能的合成高分子水處理劑，如季銨鹽型陽(yáng)離子絮凝劑等一劑多效的水處理劑。此外，還要充分利用淀粉、木質(zhì)素及蝦、蟹殼等天然高分子資源豐富的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)出更多高效、無(wú)毒、價(jià)廉的天然高分子改性陽(yáng)離子型絮凝劑。

國(guó)外已開(kāi)發(fā)出多種兼具絮凝、緩蝕、阻垢、殺菌等多功能的水處理劑，其中開(kāi)發(fā)多功能陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺絮凝劑是其發(fā)展方向之一。如Gan等合成了季銨鹽類(lèi)丙烯酰胺-天然高分子殼聚糖及絮凝劑，它們對(duì)造紙黑液中木質(zhì)素（色度和總有機(jī)碳）的去除效果分別達(dá)到90%和70%。國(guó)內(nèi)對(duì)絮凝、緩蝕等多功能水處理劑研究始于80年代中期。華南理工大學(xué)對(duì)陽(yáng)離子型丙烯酰胺-天然高分子絮凝劑進(jìn)行了系統(tǒng)研究（22-25），研制了一系列油田污水凈化處理用具有絮凝-緩蝕功能的水處理劑。另外，近年來(lái)國(guó)內(nèi)進(jìn)行了季銨鹽型聚丙烯酰胺共聚物合成方法的探索。

目前，我國(guó)陽(yáng)離子高分子絮凝劑品種單一，除了聚丙烯酰胺的曼尼期反應(yīng)產(chǎn)生的陽(yáng)離子絮凝劑外，能真正工業(yè)化并具有工業(yè)潛力的水溶性陽(yáng)離子高分子絮凝劑幾乎沒(méi)有。而曼尼期反應(yīng)產(chǎn)生的陽(yáng)離子絮凝劑由于毒性問(wèn)題，不能用于水處理。因此，我國(guó)應(yīng)致力開(kāi)發(fā)無(wú)（或低）毒的丙烯酰胺與陽(yáng)離子化單體共聚合物絮凝劑、天然高分子-丙烯酰胺接枝共聚合陽(yáng)離子化的聚合物絮凝劑；開(kāi)發(fā)具有多功能的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺絮凝劑，使其不僅具有絮凝功能，而且還具有其他水質(zhì)處理能力，以滿(mǎn)足復(fù)雜水質(zhì)情況下多種水質(zhì)要求的需要，使其在水處理中得到更廣泛的應(yīng)用。