阳离子聚丙烯酰胺CPAM的生产工艺
阳离子聚丙烯酰胺的合成方法
阳离子聚丙烯酰胺的合成方法丙烯酰胺通过自由基聚合反应制备得到的共聚物或者均聚物即为聚丙烯酰胺及其衍生物。
根据反应介质中单体的分散状态，合成方法可以分为溶液聚合、乳液聚合、悬浮聚合和本体聚合；根据聚合物和单体在反应介质中的溶解状态，又可以分成非均相聚合和均相聚合，下面着重介绍三种常用的阳离子聚丙烯酰胺合成方法。
1、水溶液聚合法在CPAM 的生产过程中，水溶液聚合法是研究时间最早、工业化生产最成熟的聚合方法，也是目前聚丙烯酰胺类的生产厂家主要采用的聚合方法。
它是将引发剂、丙烯酰胺和阳离子单体溶于水中形成均相体系后，在引发剂的诱导作用下进行的聚合反应。
诸多研究人员围绕水溶液聚合的反应温度、引发体系及单体浓度等影响因素开展了一系列科学研究。
以DMDAAC和AM作反应单体，以K2S2O8/ NaHSO3为复合引发剂，通过水溶液聚合法制备阳离子聚丙烯酰胺P（AM-DMDAAC）。
对产物结构进行了红外光谱(FTIR)和核磁共振氢谱(1H NMR)表征，证明聚合物的成功合成。
通过考察各单因素对聚合产物分子量的影响，从而确定了最佳反应条件为：引发剂用量0.05%，单体浓度30%，W DMDAAC:W AM=0.5:1，W K2S2O8:W NaHSO3=1:0.7，聚合温度5℃，聚合时间60min。
用偶氮引发剂和氧化还原引发剂共同组成复合引发体系，通过水溶液聚合引发AM 和DMC 反应，成功制得了特性粘度10.59dL/g，溶解时间20min 的阳离子型聚丙烯酰胺。
将AM，DMDAAC和丙烯酸丁酯（BA）作为反应单体，通过自由基聚合制备得到了一种疏水缔合型的阳离子聚(丙烯酰胺-co-二甲基二烯丙基氯化铵-co-丙烯酸丁酯) [P(AM-DMDAAC-BA)]，核磁共振氢谱表征结果证明合成的为疏水缔合阳离子共聚物，热重分析(TG)结果表明该共聚物具有良好的热稳定性。
以AM和DMC为共聚单体，以氧化还原引发剂( NH4) 2S2O8/ NaHSO3和偶氮类引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)组成复合引发体系，通过水溶液聚合法制备CPAM，系统探究了反应条件对聚合产物的影响，得到制备较高分子量CPAM 的最佳工艺参数为单体总质量分数35%，氧化还原引发剂用量0.06%，偶氮引发剂用量0.09%，尿素用量1.5%，EDTA-2Na用量1.5%。
聚丙烯酰胺生产工艺
聚丙烯酰胺生产工艺首先，聚丙烯酰胺的生产需要合成单体丙烯酰胺。
丙烯酰胺是一种重要的有机化学原料，在石油化工行业有广泛应用。
丙烯酰胺的合成通常采用蒸馏法，首先将合成氨和丙烯腈混合，然后通过催化剂加热反应，生成丙烯酰胺。
该反应过程需要一定的压力和温度控制，以提高反应速度和产率。
接下来，通过聚合反应将丙烯酰胺单体转化为聚丙烯酰胺高分子聚合物。
聚合反应可以采用自由基聚合或离子聚合两种方式。
在自由基聚合中，通常采用过硫酸铵或过硫酸钾等自由基引发剂，在适当的温度和pH值条件下进行反应。
离子聚合通常使用离子引发剂，在适当的催化剂存在下进行聚合反应。
聚合反应需要进行适当的控制，以控制聚合度、分子量分布和聚合物的性质。
聚合反应完成后，需要对聚丙烯酰胺进行后处理。
主要包括干燥、粉碎、筛分等工艺。
干燥工艺可以采用烘箱或真空干燥器，将聚合物中的水分去除。
粉碎和筛分可以将聚合物固化成颗粒状物料，方便后续的包装、贮存和使用。
最后，对聚丙烯酰胺产品进行质量检验和包装。
质量检验包括分子量测定、固体含量测定、离子杂质测定等项目。
包装可以采用塑料袋、桶或纸箱等方式，以保证产品的质量和安全性。
需要注意的是，聚丙烯酰胺的生产过程中需要考虑环境保护和安全生产。
在选择催化剂和溶剂时，应尽量选择环境友好、无毒、无污染的物质。
工艺过程中应加强安全管理，防止事故和污染的发生。
总结而言，聚丙烯酰胺的生产工艺包括丙烯酰胺单体合成、聚合反应、后处理和质量检验。
通过合理的工艺控制和质量监控，可以获得高质量的聚丙烯酰胺产品，满足各个应用领域的需求。
高分子量阳离子聚丙烯酰胺的合成方法及优化
高分子量阳离子聚丙烯酰胺的合成方法及优化阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂作为有机高分子絮凝剂已被广泛应用于污泥脱水、工业废水及市政污水的处理。
目前，阳离子聚丙烯酰胺系列产品絮凝剂在美国、日本、欧洲各国的用量已占有机絮凝剂总量的75%～80%。
近年来，国内对阳离子聚丙烯酰胺系列絮凝剂的市场需求在不断增加，但在应用方面，大多局限于污水及污泥处理，用于饮用水源处理的研究较少；在使用过程中，存在价格昂贵、缺乏成品的质检和有效的卫生监控等问题，使得絮凝剂的卫生安全存在较大隐患。
在一些情况下和一定范围内，阳离子聚丙烯酰胺的分子量越大，处理效果越好。
阳离子聚丙烯酰胺对原水处理中部分常规处理工艺难以去除的有机污染物有较好的去除效果，但由于聚丙烯酰胺产物中存在未聚合的丙烯酰胺单体，丙烯酰胺是一种水溶性、具有神经毒性和遗传毒性的致癌物，极大的限制了其在原水处理中的应用。
1、阳离子聚丙烯酰胺的合成方法控制反应温度为25℃，将一定量的AM、DAC、偶氮引发剂A及各种助剂用蒸馏水溶解、搅拌均匀后，转移到三颈瓶中，通入氮气驱氧10min后，加入氧化剂，继续通氮气10min，再加入还原剂，5min后停止通氮气，密闭聚合，反应5h后得到白色透明胶体状阳离子聚丙烯酰胺。
2、CPAM的合成条件优化（1）有机偶氮引发剂A用量对聚合反应的影响固定其他条件，研究了偶氮引发剂A的用量对产物相对分子质量和溶解性影响。
A的用量对产物相对分子质量和溶剂性影响显著。
用量过少时，产物的分子量较低，这是由于A分解产生的自由基浓度过低，不能继续引发单体的聚合，致使单体反应不完全。
用量过多时，产生自由基速率较快，聚合速度提高，聚合物会发生亚胺化交联，使聚合物中的线性分子成分减少，溶解性降低，分子量也相应下降。
实验确定偶氮引发剂A的最佳用量为0.5‰。
（2）氧化还原引发剂用量对聚合反应的影响偶氮引发剂A适合在中高温条件下引发;而氧化还原引发体系可使体系的活化能降至50～60kJ/mol，可在较低的温度(0～30℃)下引发聚合，但单独使用氧化还原引发剂又存在反应时间过长、反应不彻底、引发效率低、产物溶解性差等缺点。
高分子量阳离子聚丙烯酰胺
高分子量阳离子聚丙烯酰胺
高分子量阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）是一种广泛应用于水处理、污泥脱水、采矿等领域的絮凝剂。
以下是其操作步骤：
1、溶解与配制：通常，CPAM是以固体形式提供的。
因此，首先需要将CPAM与适量的水在容器中混合，并确保容器中有足够的搅拌器，以便CPAM充分溶解。
推荐先在搅拌器下将CPAM缓慢加入水中，避免因快速加入而产生的结块或凝聚现象。
2、配制浓度：根据应用需求，调整CPAM溶液的浓度。
浓度通常在0.1%到0.5%之间，但最佳浓度取决于特定的应用和絮凝目标。
3、添加助剂：某些情况下，可能需要向溶液中添加辅助试剂，如电解质或助溶剂，以促进絮凝效果。
注意这些添加剂的使用和添加顺序。
4、絮凝操作：将CPAM溶液加入待处理的液体中。
为了获得最佳效果，应将溶液逐渐、均匀地分散到待处理的液体中，并确保有适当的搅拌或混合设备。
5、观察与调整：在添加CPAM后，观察絮凝效果。
可能需要调整pH 值、温度或其他参数以获得最佳的絮凝效果。
6、后处理与存储：完成絮凝操作后，可能需要对处理后的液体进行过滤、分离或其他后处理步骤。
对于剩余的CPAM溶液，应存储在干燥、阴凉的地方，避免直接阳光照射和温度过高。
7、注意事项：操作时应穿戴适当的防护装备，如化学防护眼镜、化学防护手套等，以防化学物质可能溅出。
阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)制备研究进展
阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)制备研究进展张正安;朱锡中;赖俊;贺胜英;廖义涛;懂兴维【摘要】阳离子聚丙烯酰胺是水处理中广泛应用的重要絮凝剂之一,该类絮凝剂的常用制备方法包括水溶液聚合法、模板聚合法、分散聚合法、离子改性法、反相(微)乳液聚合法、紫外光引发聚合法等.通过分析各种方法特点得出该类絮凝剂目前存在产品电荷密度过于分散的问题,从而影响其絮凝效率.因此采用紫外光引发模板聚合法制备出高效、低毒、廉价的阳离子聚丙烯酰胺产品将是今后重要的研究方向.【期刊名称】《宜宾学院学报》【年(卷),期】2017(017)006【总页数】6页(P93-98)【关键词】阳离子聚丙烯酰胺;制备;絮凝;研究进展【作者】张正安;朱锡中;赖俊;贺胜英;廖义涛;懂兴维【作者单位】宜宾学院资源与环境工程学院,四川宜宾644007;长江水环境教育部重点实验室宜宾研究基地,四川宜宾644007;宜宾学院资源与环境工程学院,四川宜宾644007;长江水环境教育部重点实验室宜宾研究基地,四川宜宾644007;宜宾华洁环保工程有限责任公司,四川宜宾644000;宜宾学院资源与环境工程学院,四川宜宾644007;长江水环境教育部重点实验室宜宾研究基地,四川宜宾644007;宜宾市兴文县环境监测站,四川宜宾644400;四川能投环境工程投资有限公司,四川成都610000【正文语种】中文【中图分类】X799.3絮凝法是目前水处理最常用的方法之一，而该法在实施过程中必须要使用一种药剂，即絮凝剂[1].絮凝剂的种类很多，宏观上可以分为有机、无机及复合絮凝剂三大类，聚丙烯酰胺就属于有机絮凝剂的一类，按其所带电荷属性又可分为阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）、阴离子型聚丙烯酰胺（APAM）、非离子型聚丙烯酰胺（NPAM）、两性型聚丙烯酰胺四种类型，其中阳离子型聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺单体与阳离子单体共聚合而成的高分子化合物，由于它分子链长且带正电荷，其在絮凝时具有很强的架桥吸附和电中和作用，可使污水中尤其是带负电的胶粒聚集成较大的絮体而沉降，从而达到去除废水中污染物的目的[2].此外，因大部分污水均具有带负电荷的胶体属性，更适合于使用阳离子型聚丙烯酰胺处理，使得它比其他类型的絮凝剂应用更为广泛.阳离子聚丙烯酰胺的絮凝效果在很大程度上取决于它自身属性，包括它的阳离子度、相对分子量、分子结构、链段分布等，例如阳离子度和相对分子量高的CPAM絮凝处理污水时，具有效率高、絮体沉降速率快、便于应用等优点[3].因此研发制备廉价高效的CPAM对其应用以及对排水行业发展均具有重要意义.本文介绍、对比了CPAM的各种聚合制备方法，并提出了今后的研究方向.目前实践中主要使用单体共聚法制备阳离子聚丙烯酰胺[4]，其主要原理是通过丙烯酰胺单体（AM）与阳离子单体如二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC）、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）、三甲基烯丙基氯化铵（TM）等发生共聚反应生成阳离子聚丙烯酰胺，图1是AM与DMDAAC之间的聚合反应.上述反应需通过引发剂生成初始自由基以启动单体聚合反应，其反应过程主要经历链引发、链增长、链终止和链转移四个基元反应，属于典型的自由基聚合反应.影响CPAM产品质量的核心步骤为链增长基元反应，因为该反应是影响CPAM产品分子量和阳离子度的关键步骤.目前CPAM制备研究的主要目的就是根据CPAM 聚合机理，采取各种措施尽可能提高CPAM的阳离子度、分子量和单体转化率，并降低产品中的单体残留量、毒性、生产成本.根据单体共聚法的制备工艺流程变化，又可将其进一步以分为水溶液聚合法、模板聚合法、分散聚合法、反相（微）乳液聚合法、紫外光引发聚合法等[5].2.1 水溶液聚合法水溶液聚合法是目前最为常用的CPAM制备方法，它将丙烯酰胺（AM）、阳离子单体、引发剂及其他聚合原料全部溶解于水中，并通过热或光引发聚合反应即可得到原始的胶状产品，然后将其干燥粉碎造粒后即可得到便于运输和使用的粉末状产品.胡瑞等[6]将AM与DMC按照1∶1的摩尔配比，使用水溶液聚合法聚合CPAM，当复合引发剂质量浓度为0.2‰，单体质量浓度为35%，聚合溶液pH 为5.5～6.5，尿素质量分数为AM的1‰，乙二胺四乙酸二钠质量分数为AM的0.2‰，β-二甲胺基丙腈质量分数为AM的0.3‰，反应时间在5到6个小时的反应条件时，制得产品的特性黏数η达到13.95 dL/g.水溶液聚合法的优点是生产工艺成熟，操作方便，工艺安全，现已实现规模工业化生产；缺点是产品中AM 残留量高，聚合过程中易发生交联反应，使絮凝剂产品的溶解性变差，在聚合反应及干粉造粒过程中均需要加热，因此能耗较高[7].2.2 模板聚合法模板聚合是指聚合时如果单体能沿着长分子链定向排列可以改变或控制聚合反应规律，并把长分子链物质的这种作用称为模板效应.目前关于模板聚合还没有一个严格的定义，广义上是指在聚合反应体系中加入一种特殊的高分子物质作为模板，在聚合过程中模板因含有特殊的化学基团可通过化学键作用力如离子键、范德华力、氢键、共价键，或物理作用力如静电作用等方式与反应物或反应过程中的中间物发生作用，从而改变聚合反应规律，例如聚合反应速率、单体竞聚率、聚合物分子序列分布、单体链段长度及分子结构等，最终达到改善聚合物性能的目的[8].所以模板聚合可视为模拟“生物复制”的化学过程，模板在这个过程中相当于对聚合单体起到了“组装”作用.选择适宜的模板可使聚合反应按照设想的规律和秩序进行，从而获得特定分子序列的高分子聚合物.目前多数学者认为模板聚合的机理存在两种类型（如图1），即I型zip反应和II型pick-up反应两种机制[9].I型zip反应特点是单体在静电引力、氢键或范德华力等力的作用下被组装在模板分子链上，聚合反应开始后同种单体连续相邻易于优先发生聚合，从而便于生成嵌段结构；II型反应特点是少量相同单体先发生聚合反应形成低聚体，低聚体再在静电引力、氢键或范德华力等力的作用下被排列在模板上，然后游离的单体在模板的作用下又进一步与低聚体发生聚合反应形成高聚物[10].鉴于模板聚合可以控制聚合反应规律，改变聚合产物分子内单体序列分布的功能，近年来曾有学者尝试将其应用于有机絮凝剂合成制备，以提高有机絮凝剂絮凝性能.例如Guan等以阴离子聚合物聚丙烯酸钠为模板，以丙烯酰胺（AM）和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC）为聚合反应单体，在静电作用力下使阳离子单体沿模板定向排列，从而改变聚合反应规律，最终制备出了具有嵌段结构的CPAM（如图2），这种嵌段结构可以提高CPAM的污泥调理性能[3].张玉玺等以阳离子聚合物聚烯丙基氯化铵（PAAC）为模板，以丙烯酸（AA）和丙烯酰胺（AM）作为聚合单体，采用水溶液聚合法成功制备出模板共聚物P(AM-AA)，并研究了模板属性（如模板添加量、分子量）对聚合反应的动力学特征、聚合物的序列分布、溶液性质等方面的影响，结果表明添加模板明显改变了聚合反应速率、单体反应活性，促使聚合产物分子中生成明显的嵌段结构，聚合过程中模板PAAC主要与阴离子单体AA发生静电作用，聚合反应类型主要属于zip反应[9].刘爱红等以丙烯酸、丙烯酰胺和苯氧基丙烯酸作为聚合单体，使用水溶液聚合法成功合成了它们三者的共聚物，并通过核磁共振波谱表征发现添加模板改变了单体的反应活性以及聚合物的分子序列分布[11].虽然目前国内外已有关于模板聚合在有机絮凝剂制备方面的应用研究，但总体数量很少，且仅限于机理方面，还需大量深入研究才能投入工业化生产和实践应用.2.3 聚丙烯酰胺（PAM）阳离子改性法PAM阳离子改性法主要是通过羟甲基或曼尼奇（Mannich）聚合反应制备阳离子聚丙烯酰胺的方法，最早在日本已进行了大量研究，并取得较好的试验成果，其思路是在聚丙烯酰胺的主链上引入带正电荷的叔胺和伯胺基团[12].我国是从20世纪90年代才开始研究PAM阳离子改性法制备CPAM，合成过程是先使用强还原性有机物如氯丙烷、二甲胺、甲醛等与聚丙烯酰胺分子链上的胺基发生曼尼奇聚合反应，将聚合物产物再与三甲胺发生季胺化反应最终获得CPAM产品[13].该方法制得的CPAM具有阳离子度和相对分子质量高且价格低廉等优点，但存在稳定性差、不易保存、单体残留量高毒性较大的致命缺点，以致其在水处理应用中受到很大的限制.2.4 分散聚合法分散聚合法最初是在20世纪70年代由英国研究人员提出并成功制备出产品，而我国对该方法的研究大约在1980年左右才开始[14].它将丙烯酰胺（AM）与带有双键的季铵盐单体按一定比例加入在水中，接着加入合适的分散剂使聚合单体尽量分散均匀，然后使用引发体系使单体发生共聚反应生成带正电的阳离子聚合物，产品以球形微粒悬浮于反应介质中，形成稳定的分散体系（如图3）[15].张光华等使用分散聚合法成功制备出丙烯酰胺（AM）和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）的阳离子聚丙烯酰胺产品，并对DMC单体用量以及分散介质等因素对聚合物黏度及稳定性的影响进行了研究，结果发现聚合产品以球形形状分散于聚乙二醇（PEG）或聚氧化乙烯（PEO）介质中，聚合体系的黏度随反应时间的延长呈现先增大后减少，体系稳定性随着分散剂用量增多而增强的变化趋势[16].分散聚合法制得的产品分子质量较低，且因对分散剂要求特别严格，目前还没有实现工业化产品生产.2.5 反相乳液聚合法反相乳液聚合法制备CPAM是将丙烯酰胺（AM）单体及阳离子单体的水溶液依照合适的比例加入到油相乳化剂中，借助乳化剂的作用形成油包水型聚合物体系，然后在引发剂作用下进行乳液聚合（如图4）.尚宏周等[17]采用反相乳液聚合法合成出了阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）的P（AM-DADMAC）共聚物，研究了引发剂、分散介质、乳化剂等因素对乳液体系稳定性和共聚物特性粘度的影响，结果表明当试验条件为油与水的体积比为1∶2、引发剂Va-044浓度为0.8‰～1‰、pan 80和Tween 80复合乳化剂浓度为4%、水相单体浓度为45%、以煤油作为分散介质时，可稳定地发生反相乳液聚合反应，最终得到最大特性粘度为11.96 dL/g的阳离子共聚物.反相乳液聚合法的优点是散热容易，产品纯度高，絮凝性能优异；缺点是生产成本高，稳定性差，脱乳过程复杂，对环境会造成二次污染等.2.6 紫外光引发聚合法紫外光引发聚合法属于自由基聚合法中的一种，是指在聚合溶液中加入光引发剂，然后采用紫外光激发引发剂形成初始自由基，再与单体反应形成单体自由基，进而引发持续地聚合反应.紫外光引发聚合法也可由单体直接聚合，但这类单体分子中至少要含有两个以上的光化学活性基团，才能直接吸收相应波长的光而产生自由基以促使合成反应进行，但具备这类条件的单体很少.相对于传统的热引发，紫外光引发聚合所需活化能较低，无需加热，在室温下即可发生聚合反应，这不仅明显降低了能耗，而且容易控制聚合反应，也有利于制备出线性好、残单量低、溶解性好的聚合物，因此该引发技术受到越来越多研究者的关注.目前关于光引发聚合CPAM的研究十分活跃，卢红霞等[5]通过光辅助引发与水溶液聚合相结合的技术制备共聚物P（AMDMDAAC），考察了引发体系、单体配比、引发温度、pH值、光引发剂和络合剂质量分数对产物特性黏数及溶解性的影响，并与传统的引发剂引发聚合产品属性进行了对比，结果显示在单体浓度30%，m(DMDAAC)∶m(AM)=20∶80，引发温度20℃，pH值6.0，引发剂质量分数0.03‰的条件下，制得产物的特性粘度可高达12.08 dL/g以上，溶解时间为约67分钟.Zhang[19]等采用紫外光引发溶液聚合法制备出了阳离子型聚丙烯酰胺，将其用于污泥脱水和水中特征有机物去除，均取得理想的效果.紫外光引发聚合法不仅具备能耗小、生产方便、成本低等特点，还具有反应活化能较低，其在环境温度或者室温下都能引发聚合反应从而以便于控制，而且发剂用量少、健康安全等诸多优点，所以近年来被广为提倡，但对它的反应机理以及干扰因素对聚合产物属性的影响规律等还未研究透彻，尤其是规模化生产时紫外光对反应原料照射不均匀，以致目前还不能实现规模化控制生产，仍需要加强研究才能推广应用.各CPAM聚合方法的优劣如表1所示.虽然理论上可用于制备CPAM的方法很多，但实际上可投入工业化生产的方法很少.因为它们除了各自存在一定的缺陷，还存在如下共同问题.（1）分子链中电荷过于分散.目前所有制备CPAM的聚合反应均无任何规律，分子中所有单体单元均成无规则随机排列，导致聚合物分子中阳离子单元及正电荷过于分散，絮凝处理污水时无法为带负电荷的污染物提供较好的静电引力接触点（如图5），无法充分发挥阳离子单体的电中和功能.同理，聚合物分子中丙烯酰胺单元上的酰胺基过于分散不便于其与污染物之间形成氢键，也不利于CPAM的絮凝性能发挥.（2）阳离子度低.由于阳离子单体的反应活性明显低于AM单体，以致聚合反应过程中阳离子单体的转化率明显低于AM单体，最终导致产品的阳离子度或电荷密度较低，从而影响了CPAM产品的电中和絮凝作用.有些厂家为了提高CPAM的电荷密度即阳离子度，采取增加聚合原料中阳离子单体含量措施，但目前生产中常用的阳离子单体价格均明显高于丙烯酰胺单体，增加聚合原料中阳离子单体含量会导致CPAM的生产成本过高，丙烯酰胺单体的反应活性一般要高于阳离子单体，增加聚合原料中阳离子单体含量虽然提高了聚合物的阳离子度和聚合物电中和絮凝作用，但同时导致丙烯酰胺在聚合原料中含量下降，还会导致聚合物的分子量下降，进而可能削弱了聚合物架桥吸附絮凝能力.（3）产品线性差.各CPAM制备方法在聚合反应时链增长的定向性差，容易发生交联,以致聚合产物的线性不够好，影响产物的溶解.（4）其他问题.目前主要用于规模化生产CPAM的水溶液聚合法存在AM残留量过高，能耗大等缺陷，其他方法存在生产工艺不成熟、生产成本过高、产品质量太差、二次污染过于严重等一方面或多方面问题.（1）将模板聚合法应用于阳离子聚丙烯酰胺的聚合过程中，则有可能改善聚合物分子中阳离子单元的序列分布，形成阳离子嵌段结构，这不仅能解决CPAM产品分子中阳离子单元过于分散，不能为带负电的胶粒污染物提供强有力的吸附点这一缺陷；而且能促进CPAM分子链在溶液中伸展，便于其架桥作用的发挥.紫外光引发聚合法虽然具有节能、聚合产物线性好、残单量低等诸多优点，但还需要进一步加强对干扰因素的控制研究，才能投入工业生产.因此结合模板聚合和紫外光引发聚合两种方法的优点，使用紫外光引发模板聚合法制备阳离子聚丙烯酰胺则有可能生成廉价、高效、低毒的产品，这也是阳离子聚丙酰胺制备今后的研究热点. （2）天然高分子改性絮凝剂具有原料来源广、成本低、无毒、不存在二次污染等天然优势.如果能研究克服其絮凝效率低的缺陷，其市场前景最为广阔，所以等天然高分子改性絮凝剂仍将是今后的重要研究方向.（3）鉴于目前CPAM在水处理及污泥脱水领域应用现状，尤其是饮用水生产对低毒CPAM产品的强烈需求，研发制备出具有低毒、高效、环保特性的CPAM产品仍将是今后的主要发展趋势.【相关文献】[1]宋力.絮凝剂在水处理中的应用与展望[J].工业水处理,2010,30 (6):4-7.[2]郑怀礼,郑晓楷,冯力,等.紫外光引发模板聚合阳离子聚丙烯酰胺及其表征[J].环境工程学报,2016,10(3):1184-1190.[3]GUAN Q Q,ZHENG H L,ZHAI J,et al.Effect of template on structure and properties of cationic polyacrylamide:characteriza⁃tion and mechanism[J].Ind Eng ChemRes,2014,53(14):5624-5635.doi:10.1021/ie404116k.[4]CHAI W,ZHANG Y,HOU Y.Well-defined cationic polyacryl⁃amides with dot-charges:synthesis via an aqueous living RAFT polymerization,characterization,and intrinsic viscosity[J].Polym Chem,2013,4(4):1006-1013.doi:10.1039/C2PY20808C.[5]卢红霞,刘福胜,于世涛,等.阳离子聚丙烯酰胺的制备及其絮凝性能[J].应用化学,2008,25(1):101-105.[6]胡瑞,周华,李田霞,等.复合引发体系制备阳离子聚丙烯酰胺及其应用[J].工业用水与废水,2006,37(1):73-75.[7]蔡海堤,孟方友,黎常宏,等.水溶液聚合法制备阳离子聚丙烯酰胺的研究与表征[J].应用化工,2016,45(2):236-239.[8]ZHANG Z A,ZHENG H L,HUANG F,et al.Template Polym⁃erization of a 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聚丙烯酰胺生产工艺流程
聚丙烯酰胺生产工艺流程
聚丙烯酰胺生产工艺流程包括配料、聚合、造粒、烘干、冷却、粉碎及包装。
原料通过管道进入配料釜内，加入相应的助剂混合均匀，降温至0-5℃之间，将原料送至聚合釜内通氮除氧，氧含量除至1%左右，加入引发剂进行聚合，聚合后将胶块切碎，通过输送机送至造粒机进行造粒，造粒完的胶粒送至干燥床进行干燥，干燥好物料送至粉碎筛分系统进行粉碎，粉碎完物料进入包装系统进行包装，形成成品。
聚丙烯酰胺生产工艺流程有两步
单体生产技术
丙烯酰胺单体的生产是以丙烯腈为原料，在催化剂作用下水合生成丙烯酰胺单体的粗产品，经闪蒸、精制后得精丙烯酰胺单体，此单体即为聚444丙烯酰胺的生产原料。
丙烯腈+（水催化剂/水）→合→丙烯酰胺粗品→闪蒸→精制→精丙烯酰胺。
聚合技术
聚丙烯酰胺以丙烯酰胺水溶液为原料进行生产的，在引发剂的作用下，进行聚合反应，在反应完成后生成的聚丙烯酰胺胶块经切切割、造粒、干燥、粉碎，最终制得聚丙烯酰胺产品。
关键工艺是聚合反应，在其后的处理过程中要注意机械降温、热降解和交联，从而保证聚丙烯酰胺的相对分子质量和水溶解性。
丙烯酰胺+水（引发剂/聚合）→聚丙烯酰胺胶块→造粒→干燥→粉碎→聚丙烯酰胺产品。
阳离子聚丙烯酰胺工厂合成工艺流程
阳离子聚丙烯酰胺工厂合成工艺流程The synthetic process of cationic polyacrylamide in a factory typically involves several key steps. Firstly, the raw materials, including acrylamide, cationic monomer DAC, and initiator, are prepared and mixed uniformly in a blending tank. This mixture is then transferred to a polymerization reactor where nitrogen purging is conducted to remove oxygen, reducing the oxygen content to about 1%. Subsequently, an initiator is added to initiate the polymerization reaction. After the reaction is complete, the resulting gel is chopped into small pieces and sent to a granulator for granulation. The granules are then dried in a drying bed before being crushed and screened in a crushing and screening system. Finally, the crushed material is packaged, yielding the finished cationic polyacrylamide product.阳离子聚丙烯酰胺工厂的合成工艺流程通常包括几个关键步骤。
聚丙烯酰胺的工艺生产及流程
聚丙烯酰胺的工艺生产及流程聚丙烯酰胺的工艺生产及流程1、配料主要原料从灌区打入配料釜，其他原料配制成溶液进入配料釜。
所有操作自动进行，反应液经恒温除氧后进入聚合机。
2、聚合、造粒反应液在聚合机上聚合，聚合后成为橡胶状胶块。
胶块经切胶、造粒后形成小胶粒。
3、干燥研磨筛分小胶粒进入干燥机进行干燥。
干燥采取流化床干燥方式，热空气从物料底部吹入，价格胶块吹起成沸腾流动状态，物料流出流化床后达到干度要求。
干燥后的颗粒物料进入研磨机进行研磨，降低物料尺寸。
物料经过筛分机，选择合适尺寸的物料进行半成品包装。
阳离子型聚丙稀酰胺是由有丙烯酰胺单体和阳离子单体共聚得到或者由丙烯酰胺均聚物通过化学反应改性得到。
其生产方法大概有以下几种：1、水溶液聚合：这个方法比较老化了，现在已经没有这种生产方法了。
2、反相乳液聚合：由于聚丙烯酰胺的特殊性质，同时微交联的聚丙烯酰胺在作为絮凝剂使用时，可以增加絮团间的吸附点以及更密集的缠绕结构，使得絮团抗剪切能力增强，在污泥的离心脱水或高压脱水时有异常优异的表现。
3、反向悬浮聚合：由于反向悬浮法本身工艺技术复杂、对设备要求高、有机溶剂分离成本高等缺陷，现在已经逐步退出市场。
4、分散聚合：丙烯酰胺单体与聚丙烯酰胺的溶解性质不同。
利用这种不同可以在适当的条件下，使聚合物在聚合反应过程中从聚合体系内沉淀出来，但聚合物的密度与反应液密度相近，沉淀出来的聚合物无法沉降，稳定分散在体系内，形成分散液。
这种聚合方法称为分散聚合，分散聚合获得的水溶液中的分散液产品，俗称水包水乳液。
不管是采用哪种工艺生产的，因为生产厂家原材料、配方及生产工艺流程等因素，造成市面上的产品质量稳定性不高，产品质量参差不齐。
想要一款质量稳定的产品，需要严格把控生产的每个环节，而首信环保公司作为一家全球聚丙烯酰胺质量稳定品牌商，一直以来都与高校团队、科研机构进行密切合作，研发出100多种产品型号可以为客户精准选型，从原材料的把控、配方的研发及出入仓时的双重监督检测均做到严格的监管，且没有生产厂家生产成本上的顾虑，始终选择质量稳定合格的产品出仓，因此更能保证产品的稳定性，并且我们连续多年荣获全国功能高分子行业协会最佳质量稳定奖。
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阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）生产工艺报告报告人：宋金凤、刘鹏飞所学专业：化学工程与工艺指导教师：吴燕副教授天津科技大学二〇一〇年六月目录1前言 (1)1.1聚丙烯酰胺概述 (1)1.2阳离子聚丙烯酰胺(CPAM) (1)1.3阳离子聚丙烯酰胺发展史、现状及趋势 (2)2原料 (3)2.1原料简介 (3)2.2主要价格及供应 (5)2.3AM的精制 (5)3CPAM生产工艺3.1PAM自由基聚合机理 (6)3.2CPAM的制备方法 (6)3.3水溶液制备CPA (7)3.4常见CPAM制备举例 (7)3.5国内普遍技术及其存在的问题 (9)3.6未来CPAM的发展方向 (9)4生产设备 (10)5其他事项 (11)参考文献 (13)致谢 (14)1前言1.1聚丙烯酰胺概述聚丙烯酰胺简称PAM、结构式为[－CH2－CH(CONH2)]n－，分子量在400-2000万之间。
聚丙烯酰胺主要有两种商品形式，一种是外观为白色或略带黄色粉末状的，易溶于水，速度很慢，提高温度可以稍微促进溶解，但温度不得超过50℃，以防发生分子降解，难溶于有机溶剂。
另一种是无色粘稠胶体，还有聚丙烯酰胺乳液(上海合成树脂研究所研制)。
中性，无毒。
聚丙烯酰胺贮存于阴凉、通风、干燥的库房内，防潮、避光、防热．存放时间不宜过长。
聚丙烯酰胺按结构分为阳离子型、阴离子型、两性离子和非离子型。
我国已是全球最大的PAM生产国，销售量占全球销售量的40%。
从2006年开始销售量就是美国销售量的2倍,是日本的4倍多,占世界销售量的1/3强。
表1、表2分别为2006年全球PAM2006年销售量及中国PAM2008年销售量和销售额与全球的比较。
PAM的今后市场用途主要为采油、水处理、造纸、选矿。
由于这些市场仍有很大的发展空间，因此，PAM产量预计将仍以10%以上的年增长速度发展。
表1全球PAM2006年销售量美国西欧日本中国其他全球销售量/万吨15.513.48.631.317.986.7全球份额/%17.915.410.036.120.6100表2中国PAM2008年销售量和销售额中国全球中国占全球比例/%销售量/万吨40.398.640.0销售额/亿元76.123931.81.2阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）是由一种阳离子单元和丙烯酰胺非离子单元构成的共聚物，其分子链上带有可以电离的正电荷基团(-CONH2)，在水中可以电离成聚阳离子和小的阴离子，能与分散于溶液中的悬浮粒子吸附和架桥，有着极强的絮凝作用。
阳离子聚丙烯酰胺被广泛用于水处理以及冶金、造纸、石油、化工、纺织、选矿等领域，用作增稠剂、絮凝剂、减阻剂，具有凝胶、沉降、补强等作用。
CPAM的分子量一般比NPAM和APAM低，特别适用于城市污水、城市污泥、造纸污泥及其它工业污泥的脱水处理。
1.3阳离子聚丙烯酰胺发展史、现状及趋势进入20世纪70年代以来，阳离子絮凝剂的研制开发呈现出明显的增长势头，美、日、英、法等国目前在废水处理中都大量使用了阳离子型絮凝剂。
美、日等国阳离子型絮凝剂已占合成絮凝剂总量的近60%，而这几年仍以10%以上的速度增长。
表3为2007、2008年我国PAM品种分布。
从表中可以看出我国PAM仍然以阴离子PAM为主,2007年阴离子PAM占85％，阳离子14％，2008年阴离子PAM占76％，阳离子占20％。
我国的产品结构与国外PAM品种结构大不相同，国外阳离子PAM约占70％左右，这与国外产品大都用于水处理和造纸，很少用于采油的市场有关。
随着水处理市场的快速发展，而阳离子PAM有更好的絮凝效果，可有效的进行污水处理，因而有广阔的发展前景。
我国PAM阳离子的品种将会以较快的速度发展。
由于阳离子PAM有更好的絮凝效果，可有效的进行污水处理，因而有广阔的发展前景。
因而需要通过优选聚合工艺、聚合引发体系，提高产品分子量和溶解性能。
另外，需要提高转化率，或在聚合物中加入各种无毒添加剂使AM转化为毒性小的衍生物。
表3我国PAM品种(万吨)阴离子阳离子非离子两性合计2007年26.07 4.270.95--31.29 2008年29.857.95 2.00.2240.022原料2.1原料简介2.1.1丙烯酰胺AM丙烯酰胺是一种白色晶体化学物质，是生产聚丙烯酰胺的原料。
分子式CH2=CHCONH2，分子量71．08。
能溶于水、乙醇、乙醚、丙酮、氯仿，不溶于苯及庚烷。
丙烯酰胺单体在室温下很稳定，但当处于熔点或以上温度、氧化条件以及在紫外线的作用下很容易发生聚合反应。
在丙烯酰胺单体的生产中，不可避免会引入金属离子和有机杂质。
金属离子在丙烯酰胺聚合时起阻聚作用，影响单体的活性；有机杂质在聚合中参与反应，有的起链转移作用，有的起支化作用。
因此，必须对共聚之前必须对丙烯酰胺进行精制，提高丙烯酰胺生产过程中主反应的转化率、避免副反应的发生、降低丙烯酰胺中有机杂质的含量，使丙烯酰胺单体质量能够满足合成高质量聚丙烯酰胺的要求。
2.1.2阳离子单体在阳离子聚丙烯酰胺的合成中较常用的阳离子单体有甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）、丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵（AMPTAC）、甲基丙烯酸-2-(N，N-二甲氨基)乙酯（DM）、丙烯酸-2-(N，N-二甲氨基)乙酯（DA）等。
其中以DMDAAC、DAC、DMC较常用。
（1）DMDAAC二甲基二烯丙基氯化铵，为高纯度、聚合级、季胺盐、高电荷密度的阳离子单体，含微量氯化钠和其他杂质（可控范围），分子式为C8H16NCl，分子量161.5。
该分子结构中含有烯基双键，可以通过各种聚合反应，形成线性均聚物和各种共聚物。
DMDAAC作为阳离子单体通过均聚或共聚形成高分子。
在水处理过程中可用于脱色[4]、絮凝和净化，高效而无毒；在日用化学品中，可用于洗发香波的梳理剂、润湿剂和抗静电剂；在油田化学品中，可用于絮凝剂、堵水剂等。
（2）DMC甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC），化学式为CH2=C(CH3)COOCH2CH2N(CH3)3C l-。
DMC是阳离子单体，可与其他单体均聚或共聚，制得阳离子聚合物，该聚合物具有极强的极性和对阴离子物质的亲和性，因而可广泛用作阳离子絮凝剂。
可用于污水处理厂的污泥脱水过程和造纸、煤炭浮选、印刷、染料等行业的废水处理。
此外，DMC还可用于生产耐酸性高吸水性树脂和油田化学品等。
（3）DAC丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC），是丙烯酸二甲氨基乙酯与氯甲烷反应后生成的季铵盐，可溶于水。
分子式：CH2=CHCOOCH2CH2N(CH3)3Cl-。
主要用于均聚或与丙烯酰胺共聚制取阳离子型高分子絮凝剂。
现倾向于由氯化甲基丙烯酰氧乙基三甲基铵代替。
2.1.3引发体系阳离子聚丙烯酰胺的聚合引发方式主要有两类：引发剂引发和物理-化学引发。
引发剂引发是目前普遍应用的引发方式，包括单组分引发剂的热或光分解、双组分引发剂的氧化还原引发。
物理-化学引发是指在外加能量源的作用下使单体活化而引发聚合。
（1）单组分引发剂单组分引发剂是指自身容易分解产生自由基的化合物。
常用的引发剂主要是偶氮类化合物和过氧化物两类。
其中过氧化物又分有机和无机两类。
如：偶氮二异丁腈（AIBN）、过硫酸盐等。
引发剂热分解需要较高的聚合温度，而丙烯酰胺的聚合为强放热反应，高温下聚合不利于热量及时移出，极易发生爆聚，而且难得到高分子量的产品。
低温引发的单组分引发剂贮存稳定性差，需冷冻保存或现时合成。
采用引发剂的光分解引发则可以在低温下进行，正受到愈来愈多的重视和应用。
（2）氧化还原引发体系该体系利用氧化剂和还原剂混合后在较低的温度下反应产生自由基来引发聚合反应。
其优点为可以在较低的温度（0～50℃）下引发聚合，引发速率快，且对温度的依赖性小。
缺点在于引发剂消耗速率太快，会导致单体的转化率降低；另外，还原剂易于参与链转移反应，从而降低聚合物的分子量。
如：亚硫酸氢钠和过硫酸钾组成的引发体系。
（3）复合引发体系由于聚丙烯酰胺生产过程中的聚合热难以散去，使体系温度升高，为了获得高分子量的产品，人们将适用于不同温度范围的引发剂复合使用，即所谓的复合引发。
该体系既可降低聚合前期的引发温度，也可提高后期的聚合转化率。
如：K2S2O8、NaHSO3、AIBN及其他助剂组成的复合引发体系，(NH4)2S2O8、CH3NaO3S •2H2O和偶氮类化合物组成的复合引发体系。
（4）光及辐射引发光是一种电磁波，它可以诱发键的断裂从而引发聚合。
光引发分为直接光引发、引发剂的光分解和光敏剂的间接引发。
在光聚合中，随着光照和光灭，自由基的产生和消失也极为迅速，聚合反应极易控制，实验结果重现性好。
光引发聚合的总活化能低，可在较低温度下进行聚合，从而降低了由于温度升高引起的导致生成交联聚合物的链转移反应的发生。
这种低温性使光聚合反应能适用于生物化学等领域。
如紫外光等。
此外，在聚合的过程中还需要其他原料如：去离子水、氮气、助剂等。
2.2主要原料价格及供应CPAM生产所需要的主要原料价格及供应厂家如表4所示。
表4主要原料价格及供应厂家主要原料市场价格（元/t）供应厂家丙烯酰胺（AM）17500福州中闽化工贸易有限公司15000武汉市隆鑫化工贸易有限公阳离子单体DMDAAC15000山东邹平铭兴化工有限公司DAC--DMC--烟台开发区星火化工有限公司2.3AM精制采用多级离子交换树脂和活性炭过滤丙烯酰胺产品，能够降低Cu、HPA、NTPA、ECH等杂质含量。
精制后的丙烯酰胺单体质量稳定，聚合活性高，适于合成高质量的聚丙烯酰胺产品。
目前，离子交换树脂精制技术已广泛应用到丙烯酰胺生产工艺中。
在实验室研究成果基础上，结合工业化生产的实际情况，优化精致工艺路线，精制效果明显，尤其是溶液中的铜离子和NTPA的脱除率最高。
但是，以丙烯腈(AN)为原料用微生物催化水合法生产丙烯酰胺在催化水合反应中脱落的酶细胞和固化剂中的有机大分子会造成活性碳-离子交换树脂处理容量降低，每次精制的AM单体量仅为树脂量的十几倍左右，树脂频繁的再生使酸碱的消耗量增大，冲洗水增多，树脂的寿命降低，成本升高。
因此，胜利油田长安实业集团公司研制开发了超滤膜—阳床精制工艺技术。
本工艺采用超滤膜过滤器(10微米)，可将低聚物、有机副产物过滤除去，使丙烯酰胺产品质量进一步提高。
通过在生产装置的不同位置增设多台超滤膜过滤器，丙烯酰胺中杂质含量明显降低。
下图1为该公司的超滤膜—阳床精制工艺流程简图。
AN及杂质图1超滤膜——阳床精制工艺流程简图3CPAM生产工艺目前，国内外关于阳离子聚丙烯酰胺的合成，普遍采用丙烯酰胺和阳离子单体共聚的方法，而共聚方法仍以水溶液共聚、反相乳液聚合为主。