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我国聚丙烯酰胺的应用现状

发布时间:2019-10-29 09:46:41     作者:波涛净水

我国是世界聚丙烯酰胺消费的大国,2008年全球聚丙烯酰胺消费量约为84×104t。其中,中国消费量约为33×104t,约占总消费量的38%,是世界较大的聚丙烯酰胺消费国;美国、西欧、日本、亚太(不含中国、日本)的消费比例分别为22%、15%、13%和8%。水处理和造纸业是世界(除中国)聚丙烯酰胺的主要消费领域,合计占聚丙烯酰胺总消费量的80%。

聚丙烯酰胺仓库

目前,我国有阴离子型聚丙烯酰胺生产企业40多家,产能在1×104t/a以上的厂家有6家,合计产能约占国内总产能的80%以上。其中,大庆炼化公司年产能达到15×104t,一举成为世界较大的聚丙烯酰胺生产基地。国内阳离子型聚丙烯酰胺的市场规模和产能均较小,普遍存在产品单一、技术不成熟、质量不稳定等情况,未达到规模化生产,产品竞争主要集中于低端市场,高端产品还需进口。2008年我国阳离子型聚丙烯酰胺消费量约为6.91×104t,其中国内产量为4.45×104t,进口量为2.46×104t。

我国聚丙烯酰胺主要用在石油开采、水处理和造纸行业。由于我国聚丙烯酰胺生产起步较晚,聚丙烯酰胺行业整体水平落后于国际同行业,特别是阳离子型聚丙烯酰胺因其生产方法与阴离子型聚丙烯酰胺有所不同,技术难度更高。目前国内阳离子型聚丙烯酰胺产品的相对分子质量通常只能达到500×104左右,难以满足工业发展的需求,因而每年需从国外大量进口。据不完全统计,我国每年从国外进口相对分子质量高的阳离子聚丙烯酰胺约为6000t以上(相对分子质量小于1000×104)。

阳离子型聚丙烯酰胺作为絮凝剂,主要应用于工业上的固液分离过程,包括沉降、澄清、浓缩及污泥水等工艺,应用的主要行业有:城市污水处理、造纸工业、食品加工业、石化、冶金、选矿、染色和制糖工业等行业的废水处理。用在城市污水及肉类、禽类、食品加工废水处理过程中的污泥沉淀及污泥脱水。通过其所含的正电荷基团对污泥中的负电荷有机胶体进行电性中和作用及高分子优异的架桥凝聚功能,促使胶体颗粒聚集成大块絮状物,从其悬浮液中分离出来,效果明显,投加量少。

科研人员在总结国内外聚丙烯酰胺先进生产经验的基础上,开发研制成功了新一代高分子阳离子聚丙烯酰胺生产技术。该技术填补了国内高相对分子质量阳离子型聚丙烯酰胺生产的空白,在国内外均处于先进水平,该阳离子型聚丙烯酰胺完全可替代进口产品。利用该技术生产的阳离子型聚丙烯酰胺UL黏度可达4.0(相当于相对分子质量为1200×104)以上,阳离子度可在1%-80%范围内任意调控。

聚丙烯酰胺虽然对水的表面张力作用很小,但分子中有活性基团,吸附于界面之后,能改变界面状态,聚丙烯酰胺具有良好的热稳定性,溶于水,不溶于除醋酸、丙酸氯代乙酸、丙烯酸、乙二醇、甘油之外的其他溶剂。在210℃、无氧条件下,聚丙烯酰胺的酰基脱水转变成腈基,在500℃时炭化为黑色粉末。作为一类重要的絮凝剂、增稠剂、减阻剂、钻井液处理剂、表面活性剂、土壤改良剂、水土保失剂、种子包衣剂、纸力增强剂等而广泛用于石油开采、水处理、纺织、造纸、选矿、医药、农业等行业,有百业助剂之称,见图5-1。

图5-1聚丙烯酰胺的应用

在石油开采方面,聚丙烯酰胺具有增稠、絮凝和对流体变性的调节作用。可用作钻井液的增稠剂、稳定剂和沉降絮凝剂。将聚丙烯酰胺加入钻井液中,可以增加钻井液的稠度,提高悬浮力,使钻井液分散均匀,控制失水,增加稳定性,降低摩阻,提高固井速度;在三次采油中加入聚丙烯酰胺,可增加驱油能力,避免击穿油层,提高油床开釆收率;聚丙烯酰胺用作压裂液添加剂,可以增加黏度,提高悬砂能力,降低滤失,减少摩阻;还可用作水油比例控制剂、缓速剂、暂堵剂等。

在水处理中,聚丙烯酰胺絮凝剂,可用于城市污水、生活污水、工业废水等处理以及各种地下水和工业悬浮液的固液分离。

在纺织工业中,聚丙烯酰胺作为织物后处理的上色剂、整理剂,可以生成柔顺、防皱、耐真菌的保护层;利用它的吸湿性强的特点,能降低纺细纱时的断线率。

在造纸中,添加在聚合过程中控制不同的工艺条件或导入不同的官能基团的中等相对分子质量,即平均相对分子质量为(100-400)×104的聚丙烯酰胺产品,可以增加纸纤维间的结合力,即增加纸张的干撕裂强度、改善施胶度、加快纸张在网部的滤水性,增加短纤维和填料,特别是微颗粒填料(如钛白粉)的保留率,加快“白水”中悬浮物的沉降速度还可沉淀污水、减少污染。

在电解冶金中,添加聚丙烯酰胺,可改善金属在阴极沉积的质量,并增加电流效率。

在采矿、洗煤中,采用聚丙烯酰胺作絮凝剂,可促进固体沉降,使水澄清,同时可回收大量有用的固体颗粒,避免对环境造成污染;用做印染助剂时,可使产品附着牢度大,鲜艳度高。

在制糖业,聚丙烯酰胺可加速蔗汁中细粒子的下沉,促进过滤性能和提高滤液清澈度。

在养殖业中,聚丙烯酰胺可改善水质,增加水的透光性能,从而改善水的光合作用。

此外,聚丙烯酰胺还可以用作隧道、水坝等工程堵水固沙的化学灌浆和水下、地下建筑物的防腐剂,还可用作土壤改良剂、纤维改性剂、黏结剂、光敏树脂交联剂等。

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