摘要：陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺具有許多優(yōu)點(diǎn)，具有開發(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廢水處理不能獲得滿意的處理效果，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。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。 

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，所以這類絮凝劑的開發(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)稱為鏈環(huán)，高分子的尾端稱為鏈端，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)重要門類，國(guó)內(nèi)外都在開發(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。