聚丙烯酸钠絮凝剂文献综述

1、文献综述、八 刖言絮凝沉淀法是国内外普遍用来提高水质和处理污水的一种既经济又简便的 方法之一。高分子絮凝剂以其良好的絮凝效果、脱色能力和操作简捷等优点在水 处理过程中起着不可替代的作用。聚丙烯酸钠即为该法中使用较多的絮凝剂。聚丙烯酸钠为丙烯酸的一种主要下游产品，近年来在国内外的研究受到重 视，生产也不断增加。聚丙烯酸钠产品包括水溶性产品和水不溶性产品。水溶性 聚丙烯酸钠产品广泛应用于食品、纺织造纸、化工等领域。水不溶性聚丙烯酸钠 产品具高吸水性，主要用于农林园艺、生理卫生等领域。聚丙烯酸钠的分子量从 几百至几千万以上，不同分子量的聚丙烯酸钠各有各的用途。超低分子量的用途 还未完全开发;低分子量

2、主要起分散作用；中等分子量显示有增稠性；高分子量的 则主要做增稠剂和絮凝剂;超高分子量的在水中溶胀，生成水凝胶，主要用作吸 水剂。本文根据目前国内外学者对聚丙烯酸钠合成工段工艺设计的研究成果，借鉴 他们的成功经验，在此基础上，查阅了大量资料，并吸取其它聚丙烯酸钠生产厂 家的经验，力求使各工艺条件达到理想操作状态，使整个生产过程达到最优化， 为聚丙烯酸钠装置的工艺设计提供参考。一、简介1、絮凝剂絮凝剂主要是带有正电性或负电性的基团中和水中带有负电性或正电性难 于分离的粒子或者颗粒，使其电势降低，并促使其处于稳定状态，利用聚合性质 使得这些颗粒变得相对集中，使其能够通过物理或者化学方法分离出来。一

3、般为 了达到这种目的而使用的药剂，称之为絮凝剂。絮凝剂主要应用于给水和污水处 理领域1。絮凝剂的品种繁多，从无机到有机，从低分子到高分子，从单一型到复合型， 总的发展趋势是向廉价实用、无毒高效的方向发展。2、有机高分子絮凝剂有机絮凝剂的优点是比较经济、用法简单；但用量大、絮凝效果低，而且存 在着腐蚀性强、成本高等缺点。有机高分子絮凝剂是20世纪60年代后期才发展 起来的一类新型废水处理剂。与传统絮凝剂相比，它能成倍的提高效能，且价格 较低，因而有逐步成为主流药剂的趋势。加上产品质量稳定，有机聚合类絮凝剂 的生产已占絮凝剂总产量30%60%1。其中使用最多的是聚丙烯酸钠及其系列产 物。3、聚丙烯

4、酸钠高分子聚丙烯酸钠（PAANa）是近年来国内外开发的丙烯酸类精细化工产品 之一。分子量在100万到1000万之间，结构为聚阴离子型电解质。通过聚阴离子 间的架桥使悬浮粒子相互凝聚成团，可加速悬浮粒子的沉降。高分子量聚丙烯酸 钠用途十分广泛，主要用于电解盐水精制、农药防漂散剂、墙体材料粘结剂及絮 凝剂等，且对动植物蛋白的絮凝有特效作用。二、聚丙烯酸钠的性质1、物理性质常温下密度为1.32g/mL，在相对分子质量较小的为液体，大的可为固体。 固体时为无臭无味白色粉末或颗粒，遇水膨胀，吸湿性极强，易溶于氢氧化钠水 溶液，缓慢溶于水并形成极粘稠的透明液体（加热处理、中性盐类、有机酸类对 其粘性影响很

5、小，碱性时则粘性增大），不溶于乙醇、丙酮等有机溶剂。2、化学性质化学性质比较稳定，强热至300度不分解。因系电解质，易受酸及金属离子 的影响。遇足量二价以上金属离子（如铝、铅、铁、钙、镁、锌）形成其不溶性 盐，引起分子交联而凝胶化沉淀。但是二价金属离子量少时仍为溶液。pH=4.0 以下时可能产生沉淀。三、聚丙烯酸钠的生产方法及其选择1、聚丙烯酸钠的生产方法、聚合法使丙烯酸和氢氧化钠溶液反应生成丙烯酸钠单体，后将丙烯酸单体在过硫酸 盐、还原剂引发下聚合成聚丙烯酸钠3。、中和法先将丙烯酸在氧化还原剂作用下聚合反应生成聚丙烯酸，后将聚丙烯酸与氢 氧化钠中和生成聚丙烯酸钠。、皂化法先由丙烯酸与甲醇反应

6、生成丙烯酸甲酯，将丙烯酸甲酯聚合后的悬浮液或乳 胶在氢氧化钠水溶液中加热，制得聚丙烯酸钠。、水解法先有丙烯酰胺聚合生成聚丙烯酰胺，然后在碱性条件下将聚丙烯酰胺水解生 成聚丙烯酸钠。2、合成工艺的选择目前一般使用聚合工艺路线，中和后的丙烯酸钠聚合速率平稳，工业反应容 易控制。具体的聚合方法方法有本体聚合、水溶液聚合、反相悬浮聚合、反相乳液聚 合、辐射聚合等。本体聚合、水溶液聚合是高分子化学中常用的聚合方法。水溶液聚合法是以水为溶剂，将经碱部分中和后的丙烯酸，加入有关助剂、 引发剂，然后在一定的温度下进行聚合、干燥粉碎而制得的方法。该法以水为溶 剂，生产过程不产生污染;对主设备要求低，投资省;操作

7、简单，生产效率高;缺 点是反应速度快，温度不易控制;但后处理需增加干燥、粉碎、筛分工序，有过 细粉末产生。其中反相悬浮聚合法是将反应物分散在油溶性介质中，单体水溶液作为水相 液滴或粒子，水溶性引发剂溶解于水相中引发聚合的方法。从20世纪90年代开始， 研究者将反相悬浮聚合工艺应用于丙烯酸钠聚合，此举既解决了原来反应中黏度 过高及搅拌传热困难等难题，又加快了聚合反应的反应速度以及产物的相对分子 质量，且在温和的反应条件下可直接制成粉状或粒状产物。对于反相悬浮聚合而 言，有效的悬浮分散剂包括亲水性高岭土、硅烷化的硅酸或者矿物填料等，其他 的悬浮分散剂有山梨糖醇油酸酯和带有-COOH、-SO3H和-

8、NH2等亲水性取代基的可 溶性聚合物，也可以采用一些含有亲油亲水基的嵌段共聚物。反相乳液聚合法是将反应物分散在油性介质中，通过乳化剂的作用，在剧烈 搅拌下分散成乳液状并进行聚合的方法。该方法与一般的乳液聚合的不同之处在 于：单体是亲水性或水溶性的，水相中的单体分散在油性介质中，为“油包水” 型聚合系统。采用乳化剂的亲水亲油平衡值（HLB）为38。目前反相乳液聚合 法具有广阔的发展前景，引起了国内外高分子学者的高度重视。辐射聚合，以丙烯酸钠为主要原料，用NaOH中和后用Co释放出的Y射线辐射 聚合，经交联后得到聚丙烯酸钠。其特点是制造过程中未添加任何助剂，因此得到 的产品纯度高，适于制作生理卫生

9、和医药用品。近年来虽然有对高吸水性树脂的 辐射聚合研究，但工业化尚有困难。综上分析，本设计拟采用水溶液聚合的方法生产聚丙烯酸钠。3、合成工艺流程图四、聚丙烯酸钠的应用目前聚丙烯酸钠被广泛的应用于化工、造纸、纺织、铸造、轻工、石油开采、 水处理、食品、医药、农业等领域10。1、增稠剂在纺织印染业中作为印花增稠剂以及燃料防迁移剂；在医疗中添加到专业设 计的具有吸液能力的无纺纤维素纤维中制成保湿敷料；低分子量的聚丙烯酸钠添 加到天然橡胶中用于浓缩天然橡胶胶乳。2、分散剂低分子量的聚丙烯酸钠作为水质稳定剂有明显的防垢效果；在石油化工中作 钻井泥浆降失水剂和油井压裂液；在建筑工业中作为水泥减水剂以提高混

10、凝土强 度；在农业上作为农药造粒展开剂。3、絮凝剂在水处理中用以天然水的处理以及污水的处理等；在氧化铝的生产中用以从 氧化铝中分离赤泥；在联碱法制碱中用于氨II液的澄清；在制糖业中使糖汁快速 澄清；在农业中用于土壤改良剂；在工业上用于分离润滑油中的外来油。4、粘合剂聚丙烯酸钠可作为成型粘合剂配入泥浆、混凝土浆、石膏浆、嵌缝胶等之中； 在食品加工中作为食品添加剂。5、超高吸水性树脂用聚-Y -巯丙基硅氧烷作引发剂，将丙烯酸和小量交联剂对二乙烯基苯在四 氯化碳和氢氧化钠水溶液中进行共聚可得到吸水量400倍以上的超高吸水性聚 丙烯酸钠。可作农业和园艺的土壤保水剂、工业用脱水机和增稠剂、各种吸水性 的

11、生理用品和医疗卫生用品等。五、研究方向及展望随着国民经济的飞速发展，水处理的必要性日益突出，絮凝技术是提高水处 理效率的最常用技术之一。特别是作为絮凝剂的高相对分子质量聚丙烯酸钠，已 经成为国内外科研人员竞相研究的课题。研究丙烯酸及其共聚单体的反相乳液聚 合，首先应对乳化剂的选配、引发剂体系的选择及其用量、聚合温度及时间的确 定等方面进行探讨，研究体系的中和度、共聚单体的种类和配比、单体总浓度、 非极性溶剂的种类和混配等1H应继续发展和完善现有的聚合方法和工艺条件， 对各个聚合机理及聚合动力学进行深入研究，开发新的高效、合理的聚合引发体 系，探讨高性能的缓聚剂，探索更加有效的聚合方法（比如半连

12、续聚合方法、微 乳液聚合方法、反相微乳业聚合方法），研究如何提高相对分子质量以优化其性 能，研究高固含量聚合和新技术在各聚合方法中的应用，研制高分子型的乳化剂， 探索反相微乳液聚合方法，从而使聚丙烯酸钠从实验室研究向产业化、工业化进 军12随着经济建设的蓬勃发展，科学技术的不断进步，对高分子水溶性的聚合 物尤其聚丙烯酸类的产品性能要求会越来越高，其势必会有更广阔的发展前景。结论通过以上文献综述，不难发现：聚丙烯酸钠在工业中有极其重要的作用，主要是作为絮凝剂分散剂、增稠剂、 高吸水性树脂、粘合剂等。尤其是在作为絮凝剂在水处理、制糖、氧化铝生产、 联碱法制碱等工业中有突出作用。近几十年来，国内外化

13、学工作者在聚丙烯酸钠的合成及应用方面做了大量的 研究工作，但仍存在不足:如作为絮凝剂使用的高分子聚丙烯酸钠，要求分子质量 高且溶解速度快，对其合成方法还需进一步研究；以及对超低相对分子质量（700 以下）的产品的应用还未完全开发。因此，在国内根据市场需要开发不同相对分 子质量、具有多种用途的系列产品，满足各行各业的需求，其发展前景和经济效 益十分乐观。但随着聚丙烯酸钠配套合成工艺技术的不断改进、完善和随着产品 质量的进一步提高，生产成本的大幅度降低，必将推动聚丙烯酸钠及其相关产品 的应用市场的进一步发展，产生更大的技术经济效益和社会效益。参考文献吴法军.常用水处理絮凝剂应用综述J.新疆有色金属

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