聚丙烯酰胺应用进展_张学佳

ＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ２００８年第０５期综述与专论聚丙烯酰胺是一类重要的水溶性高分子聚合物，源于分子结构上的特性，聚丙烯酰胺具有特殊的物理化学性质，易通过接枝或交联得到支链或网状结构的多种改性物，广泛应用于国民经济各个行业，享有“百业助剂”之称。

随着我国工业化迅速发展，聚丙烯酰胺应用范围不断扩大，需求量也不断增加，有关聚丙烯酰胺应用的一些特例在相关文献中均有不同程度的涉及，但将其进行系统归纳和研究目前还很少见。

本文全面综述了聚丙烯酰胺在各个行业应用的最新进展，对聚丙烯酰胺的扩大应用和工业化快速发展具有重要意义。

１聚丙烯酰胺的特性聚丙烯酰胺（Ｐｏｌｙａｃｒｙａｍｉｄｅ，简称ＰＡＭ），是丙烯酰胺（ａｃｒｙｌａｍｉｄｅ，简称ＡＭ）及其衍生的均聚物和共聚物的统称，工业上凡含有５０％以上ＡＭ单体的聚合物都泛称聚丙烯酰胺。

由于结构单元中含有酰胺基，易形成氢键，具有良好的水溶性和很高的化学活性，可发生酰胺的各种典型反应，通过这些反应可以获得多种功能性的衍生物，其分子量有很宽的调节范围［１］。

ＰＡＭ化学结构式如图１。

ＰＡＭ是１８９３年由Ｍｏｕｒｅｕ等人用丙烯酰氯与氨在低温下首次制得的，１９５４年美国率先实现工业化生产，我国则从２０世纪６０年代初开始ＰＡＭ的工业生收稿日期：２００７－３－１３作者简介：张学佳（１９８２），男，助理工程师，硕士，主要从事绿色化工与环境科学方面的研究。

聚丙烯酰胺应用进展张学佳１，纪巍２，康志军１，孙大勇１，王建１（１．大庆石化公司炼油厂，黑龙江大庆１６３７１１；２．大庆石化工程有限公司，黑龙江大庆１６３７１４）摘要：聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）在不同领域均有广泛的应用，一直是人们研究的重点。

为此，综述了ＰＡＭ在不同行业的应用，主要包括石油工业，水处理，造纸工业，纺织工业，印染工业，医药工业，农业，建筑工业，矿冶工业，食品加工业，日化工业，为ＰＡＭ的扩大应用提供参考和依据。

关键词：聚丙烯酰胺；应用中图分类号：Ｏ６３３．２；ＴＱ２２５．２６文献标识码：Ａ文章编号：１００６－２５３ｘ（２００８）０５－０３４－６ＰｒｏｇｒｅｓｓｏｎＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＰｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅＺＨＡＮＧＸｕｅ－ｊｉａ１，ＪＩＷｅｉ２，ＫＡＮＧＺｈｉ－ｊｕｎ１，ＳＵＮＤａ－ｙｏｎｇ１，ＷＡＮＧＪｉａｎ１（１．ＲｅｆｉｎｅｒｙｏｆＤａｑｉｎｇＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙ，Ｄａｑｉｎｇ１６３７１１，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ；２．ＤａｑｉｎｇＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ，Ｄａｑｉｎｇ１６３７１４，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ（ＰＡＭ）ｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｖａｒｉｏｕｓｆｉｅｌｄｓａｎｄａｔｔｒａｃｔｓｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎ．ＴｈｅｌａｔｅｌｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｗａｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｏｎｔｈｅｓｔｕｄｙｉｎｇｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＰＡＭｉｎｄｅｔａｉｌ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｐｅｔｒｏｌｅｕｍｉｎ－ｄｕｓｔｒｙ，ｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｐａｐｅｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｔｅｘｔｉｌｅｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｄｙｅｉｎｇ－ｐｒｉｎｔｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｐｈａｒｍａｃｅｕ－ｔｉｃａｌｉｎｄｕｓｔｒｙ，ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，ｂｕｉｌｄｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｍｉｎｉｎｇ－ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｆｏｏｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｄａｉｌｙｃｈｅｍｉｃａｌｉｎｄｕｓｔｒｙｔｏｂｅａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒＰＡＭ’ｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎCH CH CONH CH CH CONH CH CH CONH 图１・３４・产，１９６２年上海天原化工厂建成我国第一套ＰＡＭ生产装置，生产水溶胶产品［２］。

到了７０年代末，由于石油工业的需要，其产量才大幅度增长。

ＰＡＭ产品主要有三大剂型：水溶液胶体、粉状和乳液，每种剂型中都有不同离子型产品，根据ＰＡＭ大分子链上官能基在水溶液中的离解性质，可将其分为阴离子型（ＣＰＡＭ）、阳离子型（ＡＰＡＭ）、非离子型（ＮＰＡＭ）及两性离子型［３］。

２聚丙烯酰胺的应用目前ＰＡＭ在中国用量最大的领域是油田三次采油，其次是水处理和造纸，其消费结构为油田开采占８１％，水处理占９％，造纸占５％，矿山占２％，其它占３％［２］，世界上应用最广的是水处理和造纸，还用于选矿、洗煤、冶金、纺织、制糖和土壤改良等领域［４－８］。

ＰＡＭ的物理化学性质与应用之间的一般关系可参见表１，不同国家和地区ＰＡＭ的消费量及消费结构比例可参见表２［４］。

２．１石油工业２．１．１提高采收率在提高石油采收率的三次采油诸方法中，聚合物驱油技术占有重要的地位，而在所应用的聚合物中，ＰＡＭ占据绝对优势，由于它的相对分子质量高和良好的水溶性，可使驱替液的流度明显降低，从而增大波及系数，提高原油采收率。

聚合物的主要贡献是提高波及效率而提高最终收采率。

其主要作用表现在：（１）高分子使水相粘度增高，有些聚合物流经孔隙介质后尚可降低水相的相对渗透率；（２）降低水油流度比，水油流度比的降低可减少指进现象；（３）水相粘度增高和水相的相对渗透率下降使以后注入的流体可转入未波及的条带，从而提高波及系数［９］。

ＰＡＭ在提高采收率上取得了巨大成功，特别是大庆油田已进入大规模工业应用阶段，在水驱采收率４２％的基础上，实施ＰＡＭ驱后采收率又提高了１２％，使最终采收率达到了５５％，吨聚合物增油量达到了１２０ｔ～１５０ｔ，周守为［１０］研究表明，ＰＡＭ驱油在海上油田目前生产条件下实施也是可行的。

２．１．２用作钻井液调整剂ＰＡＭ可作为钻井液调整剂，如增稠剂、稳定剂和沉降絮凝剂。

其作用是调节钻井液的流变性，携带岩屑，润滑钻头，减少流体损失，控制失水等。

用ＰＡＭ调制的钻井泥浆比重低，固含量少，减轻对油气层的压力和堵塞，容易发现油气层，并有利于钻进，钻进速度比钙处理泥浆高１９％，机械钻速高４５％左右，此外，还可大大减少卡钻事故，减轻设备磨损，并能防止发生井漏和坍塌［４］。

２．１．３用作堵水调剖剂在油田生产过程中，由于地层的非均质性，常产生水浸问题，需要进行堵水，其实质是改变水在地层中的渗流状态，以达到减少油田产水、保持地层能量、提高油田最终采收率的目的。

ＰＡＭ类化学堵水剂具有对油和水的渗透能力的选择性，对油的渗透性降低最高可超过１０％，而对水的渗透性减少可超过９０％。

选择性堵水这一特点是其他堵水剂所没有的。

ＰＡＭ在使用时可不交联使用，也可与铝盐、铬盐、锆盐等交联生成凝胶使用，还可添加某些树脂以形成互容聚合物网络，使之具有更高的耐温性，在国内外许多油田已经见到明显效果。

盛平亚［１１］研发的调剖堵水剂是由ＰＡＭ共聚物与多价金属硫酸盐、多价金属离子多羟基络合物等构成，可用于注水调剖、采油井堵水，具有良好的封堵效果和稳定疏松砂岩、抑制粘土膨胀的作用，先后在胜利油田孤东和桩西采油厂推广应用。

郑健［１２］研PAM!" #$ %& ’( )*+,*- ,./ 012345 6789:; <= >= ?1@A B31 CD E F GHI.JKL’( )MN O >=67PQ RS D T U,JVWXY’( Z[\<&]^ Z _‘ [\<& a 8b2c 5 d e Lf ’( )g*-]^31 3h 5 i3 UI1J 3jkl+]^J mnoJNmn 9piqr表１ＰＡＭ的物理化学性质与应用之间的一般关系ＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ２００８年第０５期制了基于海水的以改性高分子ＰＡＭ为主剂，Ｃｒ３＋有机铬合物为交联剂，金属离子络合剂为稳定剂的ＨＳＴ－１型调剖剂，该调剖剂在海水环境中具有成胶时间可控，胶体强度可调，封堵率高等特点。

２．１．４用作压裂液添加剂压裂工艺是油田开发致密层的重要增产措施，其作用是开通岩石的通道，让油流过。

由ＰＡＭ交联而成的压裂液，由于具有高粘度、低摩阻、良好的悬砂能力、滤失性小、粘度稳定性好、残渣少、货源广以及配制方便和成本低的优势而被广泛应用。

２．２水处理ＰＡＭ及其衍生物的分子链上含有大量的的酰胺基，具有良好的水溶性、优良的絮凝性能和吸附性能，可与许多物质亲和、吸附形成氢键，在水处理中，作为絮凝剂，可用于城市污水、生活污水、工业废水等的处理以及各种地下水和工业悬浮液固液分离工程中。

ＰＡＭ是目前世界上应用最广、效能最高的高分子有机合成絮凝剂、沉降剂及助滤剂，它的絮凝效果远远优于无机絮凝剂，品种多，规格全，用量小，成本低，效率高，生成的泥渣少，后处理容易。

ＰＡＭ在水处理中用作絮凝剂。

２．２．１减少絮凝剂用量。

在达到同等水质的前提下ＰＡＭ作为助凝剂与其它絮凝剂配合使用，可大大降低絮凝剂的使用量。

在原水处理中，用ＰＡＭ代替无机絮凝剂，即使不改造沉降池，净水能力也可提高２０％以上。

刘翠云［１３］对试验得到的两性ＰＡＭ与聚氯化铝复配（质量比为２：１）成的复合絮凝剂在炼油厂进行了工业应用试验结果表明，复合絮凝剂絮凝效果较好，悬浮物、油、氮和ＣＯＤ的平均去除率分别达到８２％，７７％，８３％和３７％。

２．２．２改善水质。

在原水处理中与活性炭等配合使用，用于生活水199720002005/ /% / /% / /%2000-2005 /% 7.2 60 8.0 59.6 9.3 59.4 3.0 3.0 25 3.5 26.1 4.3 27.5 4.0 1.3 10.8 1.4 10.4 1.47 9.4 1.0 0.5 4.2 0.53 3.9 0.58 3.7 2.0!"12.0 100 13.43 100 15.65 100 3.0 4.6 53.5 5.0 53.2 5.7 53.3 2.6 #$ 2.8 3.0 3.4 2.5 %& 1.8 2.0 2.3 3.0 3.3 38.4 3.6 38.3 4.2 39.2 3.00.55.8 0.5 5.3 0.5 4.7 0 ’() 0.2 2.3 0.3 3.2 0.3 2.8 0 *+!"8.6 100 9.4 100 10.7 100 2.6 30 34.1 3.1 34.8 3.4 35.1 1.8 5.3 60.2 53 59.6 58 59.8 1.8 0.5 5.7 5 5.6 5 5.1 0 ,-!"8.8 100 89 100 97 100 1.9 0.7 7.8 2.5 15.4 16 0.4 4.4 1.8 11 11.1 (. 7.4 82.2 11.0 68 5.6 0.5 5.6 0.9 5.6 8.2 /!"9.010016.21008.2表２不同国家和地区丙烯酰胺聚合物的消费量及消费结构比例・３６・中悬浮颗粒的凝聚、澄清，在污水处理中用作污泥脱水，在工业水处理中用作一种重要的配方药剂。