聚丙烯酰胺的机械降解
油田污水中聚丙烯酰(HPAM)的降解机理研究
油田污水中聚丙烯酰（HPAM）的降解机理研究【摘要】随着科学技术的不断发展和进步也推动着我国油田污水处理技术的发展，尤其是聚合物的驱油技术的发展更是得到了非常广的应用。
根据目前所面临的油田污染现状，大力发展元油田的采收率成了目前科学家们主要研究的对象，聚丙酰胺作为主要的驱油物质受到人们的特别关注，本文主要针对其特殊性质和降解机理展开详细的研究和讨论。
【关键词】聚丙酰胺；油田；驱油；机理通过水解聚丙酰胺的的方式来发挥其独特的高分子性和低浓度的高粘度特性，这一性质被运用得到油田的原有采集中来，在一定程上取得非常好的效果和成绩。
聚丙酰胺水溶液的粘度有着非常特殊的性质和价值。
它可以从容夜中提取出特定的菌落且在特定的实验环境培养中逐渐的生长和繁殖并降解，针对这样的现象俩进行更深入的分析，了解聚丙酰胺在实际中油田污水中的降解机理。
1.聚丙酰胺的化学降解方法的种类和作用机理1.1 HPAM氧化降解和作用机理HPAM氧化降解的过程是一个自由基相互反应的过程，有不少科学家涉及了这一领域的研究，其中总结了氧化降解的主要过程分为两个步骤，首先，自动氧化过程，其二，连锁裂解过程。
在聚丙酰胺氧化降解的过程中需要先对其自身的氧化杂环进行分解来产生最初的级别的自由基，进而在开展一系列的自动氧化反应。
还原性的物质能够促进聚丙酰胺的自由基形成，接着聚合物链接反应进一步发生，使聚合物发生裂变反应和裂解反应。
如果反应过程中存在缺氧的条件则连接的自由基之间会发生分子链接，而发生偶合作用，产生一种特殊的结构。
其中裂解反应和裂变反应都会导致聚合物发生断裂，进过这样的断裂之后溶液中的聚合物分子总量迅速下降。
在这个过程中还包含了脱酰胺的反应，进而又会产生其他形式的降解产物，需要明确说明的是在整个氧化反应的过程中都是具有非常大的链接力学存在的，因此氧的存在会对反应的结果造成巨大的影响。
这是科学家詹亚力等人做出的实验结论，除此之外还有其他的科学家在酚酞试剂氧化作用下进行降解机理的研究。
一株聚丙烯酰胺降解菌的降解性能和机理
第28卷第11期2008年11月环 境 科 学 学 报 Acta Scientiae Circu m stantiaeVol .28,No .11Nov .,2008基金项目:国家重大基础研究前期研究项目(No .2005CCA06200);黑龙江省教育厅科学技术研究(重大)项目(No .10551Z0002);黑龙江省自然科学基金项目(No .E200523)Supported by the Pr ophase Pr oject of Nati onal Maj or Funda mental Research (No .2005CCA06200),the Heil ongjiang educati on depart m ent Fund f or Scientific Research (No .10551Z0002)and the Heil ongjiang Natural Science Foundati on (No .E200523)作者简介:刘永建(1955—),男,教授(博士),E 2mail:lyj@dqp i .net;3通讯作者(责任作者)B i ography:L I U Yongjian (1955—),male,p r ofess or (ph .D.),E 2mail:lyj@dqp i .net;3Correspond i n g author刘永建,郝春雷,胡绍斌,等.2008.一株聚丙烯酰胺降解菌的降解性能和机理[J ].环境科学学报,28(11):2221-2227L iu Y J,Hao C L,Hu S B,et al .2008.Degradati on characteristics and mechanis m of a polyacryla m ide 2degrading bacteria strain [J ].Acta Scientiae Circum stantiae,28(11):2221-2227一株聚丙烯酰胺降解菌的降解性能和机理刘永建3,郝春雷,胡绍斌,赵法军,闻守斌,王大威大庆石油学院石油工程学院,大庆163318收稿日期:2007211220 修回日期:2008205210 录用日期:2008207231摘要:从大庆油田筛选到一株聚丙烯酰胺降解菌,经16Sr DNA 序列分析鉴定其为褐栗芽孢杆菌(B acillus badius ),命名为JHW 21.将降解菌扩培后,接种至以聚合物为唯一有机营养源的培养基,在41℃、pH =7.2条件下培养7d,聚合物粘度较无菌对照降低48.5%.在培养基中分别添加少量FeS O 4和MnS O 4、酵母粉、葡萄糖后,聚合物粘度较对照降低了57.4%、72.5%、86.2%.降解菌在同时添加了FeS O 4、MnS O 4和葡萄糖的聚合物培养基中培养7d 后,聚合物降粘率达到91.4%,相对分子量由106～107降至103～106,且聚合物质量减少约8%.降解菌能够利用分泌到培养液中的胞外酶水解聚合物的酰胺基团,使其变为羧酸;同时,降解菌在生长过程中还会释放非蛋白还原性物质,它们同胞外酶共同作用使碳链断裂.关键词:聚丙烯酰胺;降解;微生物;胞外酶;还原性物质文章编号:025322468(2008)1122221207 中图分类号:X171 文献标识码:AD egrada ti on character isti cs and m echan is m of a polyacryl a m i de 2degrad i n gbacter i a stra i n L IU Yongjian 3,HAO Chunlei,HU Shaobin,ZHAO Fajun,W EN Shoubin,WANG Da weiPetr oleum Engineering I nsistitute,Daqing Petr oleum I nsistitute,Daqing 163318Rece i ved 20Nove mber 2007; rece i ved in revised f or m 10May 2008; accepted 31July 2008Abstract:A polyacryla m ide 2degrading bacterial strain was is olated fr om the Daqing oilfield,and na med JHW 21.Thr ough 16Sr DNA analysis,it was identified as bel onging t o Bacillus badius .I n the laborat ory,after cultivati on,JH W 21was inoculated in the culture medium with the polyacryla m ide as the s ole organic carbon s ource .After 7d cultivati on at 41℃and pH 7.2,the viscosity of the polyacryla m ide declined 48.5%in comparis on with the contr ol without JHW 21.W hen FeS O 4+MnS O 4,yeast extract and glucose are added t o the above culture medium,the viscosity decreased 57.4%,72.5%,8612%res pectively .After JHW 21was gr own f or 7days in the culture medium with FeS O 4,MnS O 4and glucose,the viscosity reducti on rate of the poly mer reached 91.4%,and the relative molecular weight of the poly mer decreased fr om 106～107t o 103～106,while the quality of poly mer reduced about 8%.An extracellular enzy me secreted by JH W 21hydr olyzed the acida m ide radical of the poly mer and turned it int o carboxylic acid .Meanwhile,during the p r ocess of rep r oducti on,JHW 21released non 2p r otein reducing substances which cooperated with the extracellular enzy me in breaking down the carbon chains .Keywords:polyacryla m ide;decomposing;m icr obe;extracellular enzy me;reducing substances1 引言(I ntr oducti on )近年来,我国东部大多数油田尤其是大庆油田基本上都已进入高含水期,聚合物驱替等三次采油技术已得到广泛应用.但是,聚合物的残留、污染问题也随之而来.不但产出水中的聚合物会污染环境,危害人的健康,而且聚驱后还有部分聚合物被吸附和滞留在岩石孔隙上,限制了后续驱油剂的作环 境 科 学 学 报28卷用效果.聚合物驱油田产出水中不但含有大量的驱油用聚合物,而且还常常含有很多剩余原油以及地层矿物和乳化剂等,成份复杂,难以处理.我国油田使用的驱油聚合物基本上均为聚丙烯酰胺(P AM, polyacryla m ide)或部分水解聚丙烯酰胺(HP AM, hydr olyzed polyacryla m ide),它粘度大而且难以降解,很难找到能有效清除的方法.目前很多研究结果表明,微生物能降解驱油用P AM.Kay2Shoe make等(1998)研究了农业土壤中固氮菌等微生物对P AM 的降解作用,结果表明,有些细菌能产生酰胺酶破坏聚合物的C—N键,利用氨基氮为其所需氮源. Grula等(1981)发现,P AM能明显激发几种土壤假单胞杆菌的生长,它们能以P AM为唯一碳源进行生长繁殖;使用以14C标记的P AM为唯一碳源培养假单胞杆菌P.aeruyinosa时,检测到培养基中的放射性碳有0.2%进入了细菌细胞膜.Junzo和Eshwan 等发现,P AM经臭氧或紫外光处理后,其生物降解性得到提高(Junz o et al.,1978;El2Ma mouni et a l., 2002).孙晓君等(2005)发现,聚合物废水厂的活性污泥在经过一个月的驯化后能在有氧条件下明显降低废水中聚合物的粘度和含量,试验后污泥中的优势菌为假单胞杆菌.韩昌福等(2006)发现,黄孢原毛平革菌(真菌)能明显降解P AM,并且降解能力同其产生的锰过氧化物酶活性大致成正比.目前,国内进行的油田聚合物微生物降解研究取得了一定成效,但仍有不足.在微生物降解机理方面,普遍认为微生物能产生酰胺酶水解P AM中的酰胺基,不过是否存在其它降解机理还不清楚;关于培养条件对降解菌生理特性和胞外酶活性影响的研究也不完善.对于聚合物测定方法,目前的研究多数是通过使用淀粉-碘化镉法测定聚合物含量,或直接测定聚合物溶液粘度等性质的变化来表征降解性能;但是,当聚合物水解度发生明显变化时,实验结果就不能反映聚合物含量,聚合物的粘度、水解度等性质也很容易受聚合物溶液中的盐含量和pH值等因素影响,导致结果失真.本研究中拟从大庆油田筛选油田聚合物降解菌,对其降解聚合物的生理特性进行检测,并研究各有机、无机营养物质对降解菌生长和降解活性的影响,初步确定该菌降解聚合物的机理.旨在找到一种利用微生物高效降解聚合物的方法,解决聚驱后油藏出现的问题,并提供理论基础.2 试验方法(Experi m ental methods)2.1 降解菌筛选2.1.1 降解菌来源和实验材料及培养基降解菌:筛选自大庆油田含HP AM的产出液.HP AM:水解度为24.4%～25.7%,固含量为89%～90.2%,由大庆油田助剂厂生产.液体聚合物培养基(g・L-1):HP AM1,NaCl 015,(NH4)2S O40.1,MgS O40.025,Na NO30.2, NaH2P O40.5,K2HP O41.0;pH=7.2～7.4.聚合物平板培养基:在上述液体聚合物培养基中加入2%的琼脂.牛肉膏蛋白胴培养基(g・L-1):牛肉膏5,蛋白胴10,NaCl5;pH=7.2～7.4.2.1.2 降解菌分离及鉴定 将适量产出液或污水接种于液体聚合物培养基中,置于45℃、(80～100)r・m in-1的摇床中培养7～14d,每天取样,对培养液进行分析并涂聚合物平板,分离降解菌.提取细菌总DNA,以通用引物对16Sr DNA进行PCR扩增,测序;通过同源性比对鉴定降解菌的种属(Sant oni et al1,2006).以细菌基因组DNA为模板PCR扩增16S r DNA,扩增引物采用细菌通用引物B14926(5’2 CCGG ATCCAG AGTTTG ATCCTGGT CAG AACG AACG2 CT23’)和B14927(5’2CGGG ATCCT ACG CCT ACC2 TTGTT ACG ACTT CACCC23’)(上海生工生物技术有限公司合成).PCR反应体系选用20μL反应体系: PCR缓冲液(含MgCl220mmol・L-1)2μL,Taq DNA 聚合酶0.2μL,10μmol・L-1引物各1μL,DNA模板1μL,去离子水13.8μL.PCR扩增条件:94℃预变性10m in;94℃变性45s,55℃退火60s,72℃延伸70s,共30个循环;72℃延伸10m in.扩增的PCR产物连接到载体P MD18-T(T AK ARA)上,转化E.coli DH5α.提取有16S r DNA插入的质粒并测序,序列测定由北京三博远志公司完成.2.2 降解菌降解聚合物性能指标的检测2.2.1 细菌降解聚合物实验过程 将降解菌接种于牛肉膏蛋白胴培养基培养48h后,在4000 r・m in-1条件下离心30m in,弃上清,用pH=7.2磷酸缓冲液稀释沉淀菌体制成菌液.以5%比例将菌液接种至灭菌后的液体聚合物培养基,有氧条件下培养7d.然后将聚合物提纯以除去金属离子等杂质的影响,测定聚合物的各种指标.222211期刘永建等:一株聚丙烯酰胺降解菌的降解性能和机理2.2.2 聚合物的提纯和含量测定 向聚合物培养液中加入无水乙醇,除去上清无机盐溶液.将所得粘稠物用三氯甲烷抽提至抽提液无色,剩余聚合物真空干燥至恒重,即得粗品.将粗品放入适量去离子水中浸泡24h,倾滤,除去不溶物.真空干燥至恒重,称重测定其质量,以蒸馏水稀释至实验前浓度.2.2.3 聚合物粘度的测定和降粘率的计算 聚合物溶液粘度按照G B12005.121989中的一点法测定:反应前后聚合物粘度的差值同反应前聚合物粘度的比值,即菌种的降粘率.2.2.4 聚合物侧链基团结构的检测和相对分子量的测定 以D2O为溶剂溶解提纯后的聚合物,用核磁共振C132NMR 测定各侧链基团的数量百分数.以十八角度激光光散射仪测定、计算聚合物的重均相对分子量及其分布.2.3 降解菌各产物降解能力的测定将降解菌接种至100mL牛肉膏蛋白胴培养基,培养48h后分作A、B2份,制备下列降解菌产物.①活菌对照:菌液A保留作为对照;②胞外蛋白产物:菌液B经4000r・m in-1离心30m in除去菌体.离心液加硫酸铵使其饱和度为10%,离心(12000 r・m in-1)分离沉淀蛋白.然后向离心液继续加入硫酸铵使其饱和度达到20%,分离蛋白,直至硫酸铵饱和度为100%.收集10%～100%共10个硫酸铵梯度的全部盐析产物,为胞外蛋白产物;③胞内蛋白:离心所获菌体以磷酸缓冲液冲洗后经超声破碎,12000r・m in-1离心下10m in除去细胞碎片后制得胞内蛋白;④胞外非蛋白产物:以考马斯亮蓝法测定盐析除蛋白后的离心液在595n m下的吸光度,以未接菌牛肉膏蛋白胴培养基为对照,比较二者的OD595.如对离心液样品任意3次测量的OD595同对照相比均无显著差异,则可基本认为样品中不含大分子蛋白,此样品为胞外非蛋白产物.将各类组分加入聚合物无机盐溶液(或将聚合物加入菌液、离心液),使溶液最终体积均为50mL. 45℃下反应48h后,测定聚合物的平均相对分子量以及侧链基团的变化,以判断各组分降解活性.3 实验结果(Experi m ent results)3.1 降解菌的筛选及其基本情况经过筛选,得到一株降解活性较强的菌株,命名为JH W21.通过PCR扩增后,得到了16Sr DNA全长序列,同Gene Bank中数据进行比较,发现该菌株与栗褐芽孢杆菌(B acillus ad ius)同源性为99.4%.该菌细胞呈直杆状、常以成对或短链排列,具圆端,单个细胞为(0.7～0.8)μm×(2～4)μm.细胞具有鞭毛,能运动,芽孢椭圆,中生,每个细胞产一个芽孢(见图1).菌落湿润,浅栗褐色,不透明,菌落表面光滑,无可溶性色素产生.革兰氏染色阳性, v2p反应阴性,吲哚反应阴性,属于兼性厌氧细菌.图1 JH W21的电子显微镜照片(×13000)Fig.1 Electr on m icr oscope phot o of JHW21(×13000)图2 温度和pH对降解菌降粘率的影响Fig.2 Effect of te mperature and pH on rate of viscosity reducti on 3.2 温度和pH对降解菌性能的影响实验测定了33℃～49℃和pH=6.4～8.0时的降粘率.由图2所示结果可知,在37℃～49℃时降解菌降粘能力较强,41℃时最大,达到48.5%.降解菌降粘能力在低于41℃时下降趋势明显,明显大于41℃以上时.这同一般的酶促反应规律有一定差距,3222环 境 科 学 学 报28卷主要原因是起降解作用的物质以及作用机制不止一种,而且可能有生物酶以外的物质参与反应.此外,降解菌的最适降解pH 为7.2左右,而且在pH =6.4～8.0之间基本仍能保持较高的降粘能力.3.3 降解菌降解能力和浓度的变化将降解菌接入聚合物培养基培养7d,测定降解菌浓度和聚合物降粘率变化曲线.由图3可见,在反应前2d 内降解菌浓度基本没有变化,表明其处于延滞期.而后进入指数生长期,到第5天达到稳定期;在此期间菌浓由0.5×108个・mL -1升至0.8×108个・mL -1.聚合物降粘率的变化也基本符合该规律,只是延滞期相对不明显.由于聚合物难以为微生物利用,故降解菌生长速度缓慢,但至少降解菌可将聚合物作为其生长的唯一有机营养源.图3 降解菌浓度和降粘率的变化曲线Fig .3 M icr obial concentrati on and viscosity reducti on with ti me图4 氮源和碳源对降解菌降粘率和细菌浓度的影响Fig .4 Effect of nitr ogen and carbon s ources on viscosityreducti on and m icr obial concentrati on3.4 外来营养物质和微量金属离子的作用3.4.1 营养物质的影响 在液体聚合物培养基中添加2g ・L -1的外来营养物质,检测其降粘率的变化.图4所示结果表明,无机氮源、液蜡、原油和蔗糖基本对降粘率没什么贡献,细菌浓度和无营养对照之间的差别也不大.有机氮源物质能提高降解菌降粘效果,酵母粉可将降粘率提高到69%;这是因为它同时能提供氮源和碳源,会显著促进微生物繁殖,可使菌浓度提高至94×108个・mL -1,更利于其发挥生物活性.葡萄糖也能明显提高降解菌降解活性,这说明降解菌能利用它为碳源进行繁殖,降粘率达到8617%.由图还看出,葡萄糖要比酵母粉更能激发降解菌降解聚合物的能力,而此时的菌浓度却低于前者,只有18×108个・mL -1.这是由于葡萄糖不能提供氮源,所以降解菌生长所需氮源来自聚合物,而降解菌利用聚合物为氮源时会使降解菌的某些生理活性增强,促进其对聚合物的降解.这也表明降解菌的降解能力并非仅同菌浓度有关.3.4.2 有机营养物浓度的影响 调整酵母粉和葡萄糖的浓度,测定降粘率的变化.由图5可知,当葡萄糖浓度超过2g ・L -1时,降解菌浓度和降粘率的变化均趋于平缓,说明已经接近最大值.同样,酵母粉浓度为2g ・L -1时降解菌降粘率也基本达到最大,但细菌浓度随着酵母粉浓度的增加仍继续增大;这表明,在酵母粉体系中菌浓增至1010个・mL -1时降解菌降粘能力就达到最大,降粘率不再随细菌浓度的增长而升高.图5 有机营养物浓度对降解菌降粘率和浓度的影响Fig .5 Effect of organic content on rate of viscosity reducti onand m icr obial concentrati on3.4.3 微量金属离子的影响 由图6可知,在低浓度范围内,FeS O 4浓度的增加对降粘率和菌浓度都有促进作用,FeS O 4浓度为20～40mg ・L -1时基本稳定,但超过40mg ・L -1时降解菌的活性和生长都被抑制.CuS O 4和ZnS O 4对降解菌活性和生长影响相似,在低浓度时对降解菌影响不明显,在高浓度时产生抑制作用.MnS O 4对降解菌的生长没有明显影响,但在小于30mg ・L -1时,降粘率随其浓度增大而增大,此后平稳.BaCl 2在考察浓度范围内对降解菌的活性和浓度均无明显影响.Fe 2+和Mn 2+是多种生物酶的辅酶因子,同时也是微生物多种生理活动所必需的422211期刘永建等:一株聚丙烯酰胺降解菌的降解性能和机理元素,故它们能够通过刺激活性蛋白的生物活性和促进降解菌生长提高其降解能力.相对来说,Fe 2+影响范围更大些,它直接影响了降解菌的生长繁殖,而Mn 2+则可能是直接针对活性蛋白.Fe 2+、Cu 2+和Zn 2+三者在高浓度时不利于降解菌发挥其降解作用,主要是由于这些金属离子在浓度较高时,会对细胞膜通透和蛋白合成等生理功能产生抑制.图6 金属盐对降解菌降粘率和浓度的影响Fig .6 Effect of metal salt on rate of viscosity reducti on andm icr obial concentrati on3.4.4 培养基组分复配对降解菌活性的影响在液体聚合物培养基中加入30mg ・L -1的FeS O 4和MnS O 4后,设无机盐对照、葡萄糖(2g ・L -1)、酵母粉(2g ・L -1)3个试验组,检测各组在培养7d 后的聚合物性质.由表1可知,在添加了FeS O 4和MnS O 4后,3个试验组的降粘率进一步提高,同时降解菌浓度略有增加.表1 营养组分对聚合物含量和降粘率的影响Table 1 Effect of nutrients on poly mer concentrati on and viscosityreducti on rate配方聚合物含量/(mg ・L -1)聚合物降粘率降解菌浓度/(个・mL -1)反应前996-0.5×108无机盐对照93457.4% 1.2×108葡萄糖91891.4% 2.2×109酵母粉97275.1%1.06×1010降解菌在酵母粉培养体系中发酵后,聚合物浓度略有减少但不显著,这表明存在其它可作为碳源和氮源的有机物质时,降解菌利用聚合物为营养源的效率很低.当无外源有机营养时,聚合物成为降解菌的唯一营养源,所以有更多的聚合物被细菌降解、吸收.当降解菌以葡萄糖和聚合物为主要有机营养源时对聚合物的利用率甚至更高,可能是此时聚合物的相对分子量明显降低,使降解菌更易于吸收聚合物所致.3.5 分子量分布的变化将降解菌接种于葡萄糖聚合物培养基培养7d,比较反应前后聚合物分子量分布的变化,结果见图7.图7结果表明,反应前聚合物相对分子量的峰值为107,主要分布区间为106～107,峰形明显,分布集中;反应后峰值接近105,分布为103～106,没有明显峰形,分布较为离散.这证明,聚合物在降解菌作用下明显被降解,其碳链大量断裂;降解后各种分子量的碳链含量比例都很高,表明降解菌降解聚合物的作用位点在聚合物碳链中部,而非末端.图7 降解菌作用前后聚合物分子量变化Fig .7 Molecular weight of the poly mers during cultivati on ofthe m icr obe3.6 降解菌降解聚合物生化机理的初探3.6.1 降解菌各组成部分降解能力的比较 测定降解菌发酵液各组成部分对聚合物的作用效果,结果见表2.表2所示结果表明,菌体内物质不能明显降低聚合物分子量,而无菌离心液的降解能力同活菌液相近.这证明,细菌无法将聚合物吸收到细胞5222环 境 科 学 学 报28卷内降解,主要是靠分泌到细胞外的物质降解聚合物的.表2 降解菌各组成部分对聚合物侧链基团含量的影响Table2 Effect of s ome m icr obial p r oducts on side chain gr oup s of poly mers降解菌组成pH酰胺含量羧酸根含量羧酸含量相对分子量实验前7.275.41%24.48%0.08%17.8×106菌液 6.266.72%28.51% 5.29% 2.3×106胞内蛋白7.075.27%24.64%0.07%16.9×106离心液 6.368.43%27.59% 3.83% 2.6×106胞外蛋白 6.368.07%27.76% 4.02%16.2×106非蛋白产物7.174.94%24.78%0.21%15.4×106 HP AM溶解在水中时,HP AM的侧链基团主要为—CONH2和—COO-,此外还有少量的—COOH和其它基团.经活菌液或无菌离心液作用后,聚合物侧链的羧酸、羧酸根基团含量均有增加,同时酰胺基团含量和pH下降.除此3种基团外,反应后聚合物侧链上没有检测出其它官能团.聚合物侧链基团出现变化是因为在微生物作用下,一部分—CONH2基团被微生物分泌的胞外蛋白水解为—COOH,氨基氮被微生物吸收为氮源,而部分—COOH进一步电离为-COO-和H+,使pH降低.而胞内蛋白则对聚合物侧链没有作用.离心液中的胞外蛋白同样能使聚合物侧链的酰胺水解成羧酸,并且降解能力同原菌液和离心液相近,说明降解菌主要靠其释放的胞外蛋白水解聚合物.但是,胞外蛋白不能明显降低聚合物分子量,而胞外非蛋白产物对聚合物的侧链和分子量也都没有明显作用.如果将胞外蛋白和胞外非蛋白产物重新混合后作用聚合物,作用效果和分离前的离心液相比无明显差别.这说明,聚合物侧链的变化不是聚合物降解的直接原因,而且细菌是通过其所产胞外蛋白和非蛋白产物的协同作用降解聚合物的.3.6.2 降解菌降解聚合物的机理推断 在除去胞外蛋白的离心液中加入10滴溴水和3滴硝酸银溶液后,降解菌离心液出现沉淀的时间比普通培养基空白对照(5m in)早2m in左右,证明降解菌离心液中存在还原性物质,可使B r2更易于被还原成B r-产生Ag B r沉淀.将除蛋白离心液经2%溴水作用10m in,使离心液中的非蛋白产物完全被氧化丧失还原性,此时若继续滴加硝酸银不再产生沉淀.将经溴水氧化后的降解菌非蛋白产物同其胞外蛋白混合后作用于聚合物,45℃下反应48h,结果发现聚合物的分子量接近胞外蛋白单独作用后聚合物的分子量,为14.8×106.这表明,降解菌胞外非蛋白产物被氧化后其降解活性几乎完全丧失,进一步说明非蛋白产物的还原性对降解活性起到重要作用.由此可以推断降解菌降解聚合物的生物机理:微生物通过胞外蛋白水解—CONH2,使C—N键断裂时,通常会出现少量—CHO、—C・O自由基等不稳定中间产物,它们大部分会在胞外蛋白作用下继续反应生成—COOH.但是,降解菌会在繁殖过程中产生一系列还原性代谢产物,它们能够同工业聚合物中的氧化物发生自由基氧化还原反应;聚合物侧链上的不稳定中间体会受此攻击,导致β碳原子和γ碳原子之间的C—C键断裂,使碳链变短.由于反应后基本未出现新基团,所以C—C键断裂处主要是生成—CH3和—COOH等基团,形成新的稳定形态.(1) 4 结论(Conclusi ons)1)筛选得到的聚合物降解菌JHW21属于褐栗芽孢杆菌(B acillus bad ius);在41℃、pH=7.2条件下,无外来营养物时,可将油田聚合物粘度降低4815%左右.2)添加30mg・L-1的FeS O4和MnS O4可以增强降解菌的降解活性,使其降粘率提高到57.4%.聚合物培养基中加入酵母粉、葡萄糖后,可使降粘率进一步提高到75.1%、91.4%,并且聚合物经降解菌降解后相对分子量分布由106～107降至103～106.降解菌浓度的增长不一定和其降粘能力成正比.3)降解菌能够利用分泌到细胞外的蛋白成分622211期刘永建等:一株聚丙烯酰胺降解菌的降解性能和机理水解聚合物的—CONH2侧链基因,使其变为羧酸,利用水解下来的氨基氮为生长所需氮源.同时,降解菌在生长过程中还会释放非蛋白还原性物质,诱发自由基氧化还原反应,使酰胺基水解时产生的中间体受到攻击,导致碳链断裂.References:El2Mamouni R,Frigon J C,Ha wari J,et bining phot olysis and bi op r ocesses m ineralizati on of high molecular weight polyacryla m ides[J].B i 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Chinese)中文参考文献:韩昌福,郑爱芳,李大平.2006.聚丙烯酰胺生物降解研究[J].环境科学,26(1):151—153孙晓君,王志平,刘莉莉,等.2005.油田驱采出水中聚丙烯酰胺在S BR中的生物降解特性研究[J].化学与生物工程,2:16—177222。
聚丙烯酰胺的水解反应公式
聚丙烯酰胺的水解反应公式
反应进行的程度，通常以水解度表示
h=m/n×100%(2)
式中:h-水解度(%)；
m—聚丙烯酰胺分子中水解生成的羧基数；
n—聚丙烯酰胺分子中水解前酰胺基总数。
在反应(1)中，随着水解度的增加，羧基阴离子增加，分子链不断伸展，从而有使絮凝效果逐渐增强的作用；同时，聚丙烯酰胺分子的负电性亦逐渐增强，又妨碍了其与负电性的泥沙杂质相吸附，而且在吸附架桥中起主要作用的活性基团-酰胺基也不断减少，从而随着水解度的增加，又存在使絮凝效果逐渐变差的因素。
在水解前期，前者起主导作用；水解后期，后者升居主导地位。
作为综合结果，必存在一个最优的水解程度，使絮凝效果最佳，即存在着一个最佳水解度。
自M ichaels 〔1〕于1954年提出最佳水解度的概念以来，一直普遍认为其值为30%左右。
但对高浊度水，最佳水解度是否仍为30%，是本文要探讨的一个课题。
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聚丙烯酰胺解絮机理
聚丙烯酰胺解絮机理
聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，简称PAM）是一种水溶性高分子化合物，可用作絮凝剂，可被用于水处理领域中的水絮凝处理。
聚丙烯酰胺解絮的机理主要包括以下几个方面：
1. 碱解机理：PH值对于聚丙烯酰胺絮凝效果的影响很大，适当的碱解作用有助于聚丙烯酰胺的分子链打开和剪切。
这样可以增加分子链的活性，使其表现出更好的絮凝效果。
2. 电中和机理：聚丙烯酰胺中的阳离子、阴离子和中性离子可以与水中的颗粒物发生吸附作用。
特别是聚丙烯酰胺分子链上的阳离子和阴离子基团能够与水中悬浮物颗粒上的电荷相吸引，从而形成絮凝团聚体。
3. 桥联机理：聚丙烯酰胺分子链中的某些官能团（如羧基、胺基、羟基等）通过吸附到悬浮固体颗粒上，可以在颗粒之间形成桥联结构，从而将颗粒聚集在一起，形成大的絮状物。
4. 增粘机理：聚丙烯酰胺本身具有很高的黏度，可以将水中的颗粒物粘结在一起，并形成由粗大物质聚集体、雪花状浑浊絮状物等更大的絮凝体。
总的来说，聚丙烯酰胺解絮的机理是通过碱解作用、电中和作用、桥联作用和增粘作用相互作用，使水中的颗粒物聚集在一起，最终形成絮凝体，以便于后续的沉淀或过滤处理。
聚丙烯酰胺
阴离子聚丙烯酰胺（PAMA）根据不同用途和用户对产品性能的要求可选用不同分子量使用，可用作：1、工业废水处理；2、饮用水处理；3、淀粉厂及酒精厂的流失淀粉及洒槽的回收；4、三次采油的驱油剂；5、调剖堵水剂；6、造纸助剂阳离子聚丙烯酰胺（PAMC）是由乙烯基阳离子单体和丙烯酰胺共聚而成，是一种线型高分子聚合物，可用于：1、污泥脱水；2、生活污水和有机废水的处理；3、自来水厂的高效絮凝剂；4、造纸增强剂；5、油田化学助剂非离子聚丙烯酰胺（PAMN）是由丙烯酰胺均聚而成，纯度高，离子化成度低，性能好，用途广。
可用作：1、各种改性聚丙烯酰胺的基础原料；2、纺织工业助剂；3、污水处理剂；4、堤坝、地基、隧道等堵水的化学灌浆剂；5、固沙剂；6、土壤改良剂；7、油田调剖堵水剂；8、建筑业、建筑胶水，内墙涂料等方面。
两性离子聚丙烯酰胺（PAMCA）是由乙烯酰胺和乙烯基阳离子单体丙烯酰胺单体水解共聚而成、经红外光谱分析，该产品链结上不但有丙烯酰胺水解后的“羧基阴电荷，而且还有乙烯基阳电荷。
”因此，构成了分子链上既有阳电荷，又有阴电荷的两性离子不规则聚合物。
可用作：1、调剖堵水剂；2、最新型水处理剂；3、污泥脱水剂；4、造纸化学助剂聚丙烯酰胺简称PAM，亦称三号凝聚剂，分子式为，是线状水溶性高分子聚合物，分子量在300-1800万之间，外观为白色粉末状或无色粘稠胶体状，无臭、中性、溶于水，温度超过120℃时易分解。
聚丙烯酰胺分子中具有阳性基因（－CONH2)，能于分散于溶液中的悬浮粒子吸咐和架桥，有着极强的絮凝作用，因此广泛用于水处理及电力、采矿、选煤、石棉制品、石油化工、造纸、纺织、制糖、医药、环保等。
名称分子量(万) 离子度(%) 高效PH 固含量% 残单% 外观阳离子聚丙烯酰胺CPAM 300-1200 10-50 1-14 ≥90 0.05 白色干粉名称分子量(万) 水解度(%) 高效PH 固含量% 残单% 外观阴离子聚丙烯酰胺APAM 300-1800 10-50 7-14 ≥90 0.05-0.15 白色颗粒粉末名称分子量(万) 离子度(%) 高效PH 固含量% 残单% 外观非离子聚丙烯酰胺NPAM 200-600 ≤3 1-8 ≥90 ≤0.05 白色颗粒粉末名称分子量(万) 阳离子度% 阴离子度% PH 固含量% 外观两性离子聚丙烯酰胺NPAM 1000-6000 5-50 8-25 1-14 ≥90 白色粉末1．阴离子：结构式〔 CH2 CH 〕nCONH2非离子：结构式：[—CH—CH2—CH—CH2—]nCONH2 CONH2阳离子：结构式：[—CH—CH2—CH—CH2]nCONH2 CONHCH2N（CH3）22．物理特性；本产品为胶体和粉剂。
降解丙烯酰胺的原理
降解丙烯酰胺的原理
降解丙烯酰胺的原理是指通过一系列化学反应将丙烯酰胺分解成其他物质或化合物。
降解丙烯酰胺通常涉及水解、氧化、还原等反应。
1. 水解：丙烯酰胺可以被水分解成丙烯酸和胺。
这是一种常见的降解途径，常用于生物体内酶的作用或者高温、催化剂等条件下的化学反应。
2. 氧化：丙烯酰胺可以通过氧化反应被氧气或其他氧化剂氧化为丙烯酸。
氧化反应常用于有机合成中，可以利用氧化剂如过氧化氢、高氯酸等将丙烯酰胺中的碳原子氧化。
3. 还原：丙烯酰胺可以通过还原反应被还原成丙烯醇或其他还原产物。
还原反应常用于有机合成中，可以利用还原剂如碱金属或金属氢化物将丙烯酰胺中的碳氧键还原。
除了上述几种常见的降解途径，丙烯酰胺还可以通过其他化学反应进行降解，例如酸催化、碱催化、光化学反应等。
具体的降解途径和反应条件会受到多种因素的影响，如反应介质、温度、压力等。
聚丙烯酰胺PAM
PAM申华原料规格：之杨若古兰创作申华化学工业无限公司原料规格表M40-RAD-01RAW MATERIAL SPECIFICATION1、原料名称（Material）原料编号（Code No.）M-4030原料名称（Material）聚丙烯酰胺(部分水解)〖Polyacrylamide (PAM)〗2、规格项目（Specifications）规格项目（Specifications）目标（Limits）测试方法（Test Method）Appearance White GrainTotal Solid / % ≥90Solubilization Speed / hr ≤1.5Anion Content / % 20-30 即水解度Free Monomer / % ≤53、分子式（Formula）[CH2CH]m[CH2CH]nC＝O C＝ONH2O Na4、分子量（Molecular Weight）：3000,000-13000,000聚丙烯酰胺(cpolyacrylamids)简称PAM，是一种线型高分子聚合物，是水溶性高分子化合物中利用最为广泛的品种之一，聚丙烯酰胺和它的衍生物可以用作无效的絮凝剂，增稠剂，纸张加强剂，和液体的减阻剂等，广泛利用于水处理、造纸、石油、煤矿、矿冶、地质、轻纺，建筑等工业部分.一、市售产品规格及次要技术目标技术目标名称PAM 阴离子PAM 非离子PAM 阳离子PAM 复合离子外观白色或微黄色粉末粒径，mm < 2固含量(%) ≥ 88溶速(mim)不溶物(%) ≤ 2注：根据用户请求，分子量控制在表格所定目标的范围内根据市场价格面议加强混凝感化⑴聚合氯化铝（PAC）聚合氯化铝别名碱式氯化铝或羟基氯化铝.它是以铝灰或含铝矿物作为原料，采取酸溶或碱溶法加工制成.其分子式为[Al2(OH)nCl6-n]m ，其中m为聚合度，单体为铝的羟基配合物 Al2(OH)nCl6-n ，通常n=1~5，m≤10.聚合氯化铝溶于水后，即构成聚合阳离子，对水中胶粒起电中和及架桥感化.因为藻类多带负电荷，PAC能较无效地使藻类与其它胶体颗粒脱稳絮凝.但是，原水含藻量过高时，构成的絮体较松散，不容易下沉，晦气于后续去除.⑵聚丙烯酰胺（PAM）聚丙烯酰胺是非离子型聚合物，是目前使用最为广泛的人工合成无机高分子混凝剂和助凝剂.其分子式为：聚丙烯酰胺的聚合度可高达20000~90000，响应的分子量高达150万~600万.它的混凝后果在于对固体概况具有强烈的吸附感化，在胶粒间构成桥联.聚丙烯酰胺每一链节中均含有一个酰胺基（－CONH2）.因为酰胺基之间的氢键感化，线形分子常常不克不及充分伸睁开来，导致架桥感化减弱.为此，通常将PAM在碱性条件下（pH＞10）进行部分水解，生成阴离子型聚合物（HPAM）：PAM经部分水解后，部分酰胺基带负电荷，在静电斥力下，高分子得以充分伸睁开来，吸附架桥感化得以充分发挥.由酰胺基转化为羧基的百分数称水解度，亦即y/x值.水解度过高，负电性过强，对絮凝也发生障碍感化.普通控制水解度在30%~40%较好.通常以HPAM作助凝剂以配合铝盐或铁盐感化，后果明显.无机高分子混凝剂可能有毒性，PAM和HPAM的毒性次要在于单体丙烯酰胺.故产品中的单体残留量要严酷按照有关规定控制.水解机理分析在碱性条件下,PAM的水解反应如下:因为邻近基团的影响,产品HPAM的理论水解度最高只能达到70%[1].从反应机理角度讲,该反应实际上是一个亲核取代反应,当碱浓度必定的情况下,影响反应的身分主如果水解时间、水解温度和水解浓度.水解产品分子链上含羧酸根(COO-)离子,因为COO-离子之间的静电排斥感化,大分子线团在溶液中的伸展程度添加,粘度添加,是以粘均绝对分子质量增大.HPAM分子链上含COO-离子的数目越多,其粘均绝对分子量添加得越多.聚丙烯酰胺对高浊度水，具有十分优良的絮凝效能.聚丙烯酰胺为非离子型高聚物，通常卷曲成无规线团.普通加碱可使聚丙烯酰胺部分水解，在所生成的羧基阴离子之间静电斥力的感化下，使分子链伸开，以流露出来的活性酰胺基团和很长的分子链，发挥优良的吸附架桥絮凝感化.聚丙烯酰胺的水解反应，可以下式暗示:式(1)中反应进行的程度，通常以水解度暗示h=m/n×100%(2)式中:h-水解度(%)；m—聚丙烯酰胺分子中水解生成的羧基数；n—聚丙烯酰胺分子中水解前酰胺基总数.在反应(1)中，随着水解度的添加，羧基阴离子添加，分子链不竭伸展，从而有使絮凝后果逐步加强的感化；同时，聚丙烯酰胺分子的负电性亦逐步加强，又妨碍了其与负电性的泥沙杂质相吸附，而且在吸附架桥中起次要感化的活性基团-酰胺基也不竭减少，从而随着水解度的添加，又存在使絮凝后果逐步变差的身分.在水解前期，前者起主导感化；水解后期，后者升居主导地位.作为综合结果，必存在一个最优的水解程度，使絮凝后果最好，即存在着一个最好水解度.自M ichaels 〔1〕于1954年提出最好水解度的概念以来，不断普遍认为其值为30%摆布.但对高浊度水，最好水解度是否仍为30%，是本文要探讨的一个课题.聚丙烯酰胺作为一种无机高分子物资，水解反应速度较慢，应如何实现高速水解，是本文将要探讨的另一个课题.一、聚丙烯酰胺絮凝的最好水解度聚丙烯酰胺在水解时，部分酰胺基转化为羧基，这些羧基其实不全部呈离子形态，它为一弱电解质，在溶液中部分电离.式(1)可进一步分解为:式中:k a —电离平衡常数；a—活度；HPAM及HPAM m 分别代表部分水解聚丙烯酰胺的分子与离子.在式(5)的平衡中，加碱比对平衡挪动有次要的影响.当聚丙烯酰胺浓度必定时，提高加碱比，亦即提高了氢氧根离子的浓度，从而使平衡有向右挪动的趋势；但提高加碱比，添加了溶液中的电解质含量，过多Na + 的存在，使电离感化受到按捺.总的结果是使电离度减小，式(5)的平衡向左挪动〔2〕.同时，提高电解质浓度，改变了聚合电解质的双电层，也使聚丙烯酰胺分子链的伸展程度降低；特别是因为聚电解质很大的分子量和高电荷密度，使这一效应更为突出.所以在水解度不异时，加碱比愈高，聚丙烯酰胺分子链所带电荷就愈小，分子链伸展程度就愈小.要达到与某一低加碱比情况不异的荷电情况与伸展程度，就要进一步提高水解度.故聚丙烯酰胺的最好水解度随加碱比的增高而增大.絮凝剂是甘蔗糖厂普遍使用的药剂，用以加速蔗汁沉降和提高清汁质量.近年来，国内外糖业界籍助于古代絮凝剂的良好功能，研讨开发了多种新的气浮清净工艺流程，明显地提高了制糖工业的科技水平.絮凝剂的品种和功能也有很大的发展与提高，它在制糖工业中发挥着愈来愈次要的感化.絮凝剂有很多品种，其共通特点是能够将溶液中的悬浮微粒聚集联结构成粗大的絮状团粒或团块.它们都是含有大量活性基团的高分子无机物，次要有三大类：１、以天然的高分子无机物为基础，经过化学处理添加它的活性基团含量而制成.２、用古代的无机化工方法合成的聚丙烯酰胺系列产品.３、用天然原料和聚丙烯酰胺接枝(或共聚)制成.某些天然的高分子无机物例如含羧基较多的多聚糖和含磷酸基较多的淀粉都有絮凝功能.用化学方法在大分子中引入活性基团可提高这类功能，如将一种天然多糖进行醚化反应引入羧基、酰胺基等活性基团后，絮凝功能较好，可加速蔗汁沉降.将天然的高分子物资如淀粉、纤维素、壳聚糖等与丙烯酰胺进行接枝共聚，聚合物有良好的絮凝功能，或兼有某些特殊的功能.国内研制的一些产品，曾在几个糖厂试用，有较好后果.目前在国内外糖厂使用最广泛的絮凝剂，是合成的聚丙烯酰胺系列产品，它们的发展提高较快，在制糖工业的多种流程中普遍使用.聚丙烯酰胺(polyacrylamide)，常简写为PAM(过去亦有简写为PHP).糖厂近年使用的各种PAM，实质上是用必定比例的丙烯酰胺和丙烯酸钠经过共聚反应生成的高分子产品，有一系列的产品.丙烯酰胺的分子式为：CH2 = CH－CONH2丙烯酸钠的分子式为：CH2 = CH－COONa聚合物的分子式为：CONH2 COONa——CH2－CH————CH2－CH———— m n式中的m与n分别代表丙烯酰胺与丙烯酸钠的绝对数量.它们的比例对聚合物的性质有很大的影响.通常将n对(m+n)的百分比称为阴离子度或羧基比率，之前通常称它为水解度：n n + m阴离子度＝× 100%因为－COONa基团在水溶液中容易离解出Na+ 而留下负电基－COOˉ，使大分子带负电，它们亦称为阴离子聚合电解质.PAM的分子量、阴离子度和残留单体含量是很次要的参数.（1）分子量PAM的分子量很高，且近年来还有较大提高.20世纪70年代利用的PAM，分子量普通为数百万；80年代当前，多数高效PAM的分子量在1500万以上，有些达到2000万.每一个这类PAM分子是由十万个以上的丙烯酰胺或丙烯酸钠分子聚合而成(丙烯酰胺的分子量为71，含十万个单体的PAM的分子量为710万).通常，分子量高的PAM的絮凝功能较好.高分子无机物的分子量，即使在同一产品中也不是完整均一的，标称的分子量是它的平均值.（2）阴离子度PAM的阴离子度对它的使用后果有很大影响，但它的适宜数值需视所处理的物料的品种和性质而定，分歧情况下会有分歧的最好值.根据我们多年的研讨和对数十个PAM样本进行对比试验与分析，制糖工业所用的PAM阴离子度22～28%较适合，且适应性较强，可用于分歧的物料(蔗汁、糖浆、赤糖及原糖的回溶糖浆)和分歧的工艺流程(亚硫酸法、碳酸法和磷浮法) .国外生产的糖用PAM的阴离子度多数在此范围.Bennett指出，如果所处理的物料的离子强度较高(含无机物较多)，所用PAM的阴离子度宜较高，反之则应较低.又据克拉克的陈述，澳州的糖厂经常使用20%阴离子度的PAM，而美国佛罗里达州的糖厂经常使用较高的数值.Cress等的研讨发现，在蔗汁中加絮凝剂和除去沉淀物当前，残留的PAM量与PAM本来的阴离子度有关.而在普通的水处理中，时经常使用不含羧基的聚丙烯酰胺.初期生产的PAM是由丙烯酰胺一种单体聚合而成，本来不含－COONa基团.使用前要先加NaOH加热，使部分－CONH2 基水解为－COONa，反应式如下：－CONH2 + NaOH －→ －COONa + NH3↑水解过程中有氨气放出.PAM中酰胺基团水解的比例就称为PAM的水解度，它即是阴离子度.这类PAM的使用不方便，且功能较差(加热水解必使PAM分子量和功能明显降低)，80年代后已很少使用.古代生产的PAM有多种分歧阴离子度的产品，用户可根据须要和通过实际试验选用适当的品种，不须要再行水解，溶解当前即可使用.但是，因为习气的缘由，有些人仍将絮凝剂的溶解过程称为水解.该当留意，水解的含义是加水分解，是化学反应，PAM的水解有氨气放出；而溶解只是物理感化，无化学反应.两者的实质分歧，不该混为一谈.目前还有一些糖厂的技术人员对此不了解，甚至按之前的概念错误操纵.（3）残存单体含量PAM的残存单体含量是衡量它是否适用于食品工业的次要参数.丙烯酰胺的聚合物是无毒的，在国际上已广泛用于自来水清净、食品工业和制糖工业.不过，在工业品聚丙烯酰胺中，难免残留有微量的未聚合的丙烯酰胺单体，它有一些毒性.是以，必须严酷控制PAM产品中的残存单体含量.国际规定用于饮用水和食品工业的PAM中的残存单体含量不超出0.05%.国外闻名产品的这一数值低于0.03%.国内外生产的PAM产品很多，而且在不竭发展提高.1、国内初期曾生产一种含干基7%的粘胶状PAM产品，分子量低，不含羧基，现已淘汰.2、广州南中无机化工厂在1970年代用乳液聚合法制成第一代PAM干粉，含干基超出90%，分子量500～900万，阴离子度5～10%，功能比前一种有较大提高.但糖厂使用时需再进行水解，这个品种近年很少使用.3、该厂于80年代初制成PHP系列产品，含干基90%以上，有分歧型号代表分歧的分子量和阴离子度.其中PHP10的阴离子度为5～10%，PHP20为10～20%，PHP30为20～30%；Ⅰ型的分子量为300～600万，Ⅱ型为600～900万，Ⅲ型为900～1300万，Ⅳ型超出1300万.很多糖厂用过PHP30-Ⅲ型产品，后果较好，使用方便.但它是通用型产品，残留单体含量仍偏高.4、T型PAM是较适合制糖工业使用的絮凝剂.广州南中厂与广东糖业界合作，在80年代初采取新的共聚法工艺试制了多种小样，在中山糖厂进行了数十次试验对比，优选出这一品种.它的分子量较高，普通超出1200万，阴离子度约25%；分子中活性基团分布较均匀，链节伸张程度好，在溶液中较易离解，化学活性和吸附功能良好.实际使用说明，T型PAM对糖液中的悬浮微粒有良好的絮凝能力，在糖厂各种工艺流程中利用有较强的适应性，明显地优于PHP型.同时，这类产品中残留的丙烯酰胺单体含量较低，可用于食品工业.T型PAM为胶块状产品，含干基30～35%(其余为水分).虽然它的功能较好，但使用比较麻烦，影响了它的推广利用，有待改进.5、国外的PAM产品很多，已有多种进入国内市场，使用后果较好.次要的如：美国Mazer公司的Mafloc 724，Mafloc 985；日本三菱公司的T1150；法国SNF公司的AN923－VHM.还有一些产品亦曾试用过：如英国Tate & Lyle公司的Talosep(用于蔗汁沉淀)，Talodura(用于糖浆气浮)，Taloflote(用于原糖糖浆)，美国Dow化学公司的AP273；美国Fabcon公司的Zuclar2000；美国氰胺公司的Manofloc 846等.因为各个糖厂的物料成份和所用工艺常有分歧，其最适用的絮凝剂品种可能分歧，宜进行试验对比来选择使用.此外，还要考虑产品的溶解功能，宜选用较易溶解的产品.近年的PAM产品多数是干粉，无效成份可按100%计算.它是白色粉末(或很细的颗粒)，松比重约0.8.较易吸潮，遇水易结成团块，其水溶液非常粘滑.它应存放于干燥阴凉的地方，包装用的塑料袋在打开当前，要及时捆扎好袋口.PAM发生絮凝感化是基于它的两种特点：长链(线)状的分子结构和分子中含有大量活性基团.PAM是直链状聚合物，因每个分子是由十万个以上的单体聚合构成，分子链相当长.它如果完整伸直，其长度要比普通的分子(如蔗糖)或离子(如Ca2+)长数万倍以上.因为它的分子长而细，会曲折或卷曲成不规则的曲线外形.这个长分子链向外侧伸出很多化学活性基团：酰胺基－CONH2及羧基－COOˉ.酰胺基是非离子性基团，但亦善于构成副价键而与其它物资的活性基团吸附并连结起来.单纯的聚丙烯酰胺可以用在普通的水处理中，使水中的悬浮物絮凝.羧基是负电性基团，它是使糖汁中微粒絮凝的关键身分.因为糖汁中微粒的絮凝次要通过钙离子的架桥感化发生.Bennett的研讨证明，糖汁中的悬浮微粒及大多数胶体物资带有负电荷，它们的概况上经常吸附糖汁中的钙离子.因为Ca2+ 有两单位正电荷，而微粒或胶体概况上的每一个带电点通常只要一个负电荷(即一价酸根如－COOˉ)，故这些被吸附的钙离子还剩余一单位的正电荷，能再和其它负电基团相结合.如许，钙离子就在两者之间起架桥感化而将它们连接起来.磷酸钙与微粒或胶体的连结是通过这类感化，絮凝剂与微粒的连结也次要通过这类感化，即通过絮凝剂的羧基－COOˉ与钙感化而与各种钙盐沉淀物及各种带负电的微粒互相连结.在溶液中存有磷酸和磷酸钙时，也能通过磷酸钙和磷酸根架桥与其他微粒概况的钙离子连结.很多PAM分子与很多钙盐沉淀和磷酸钙沉淀微粒的互相连结就构成粗大的絮凝团.它的尺寸可达到数毫米或以上.据Bennett研讨，蔗汁加PAM后构成的絮凝团约包含有105～107个本来的微粒.因为PAM分子长而细并有很多化学活性基团，它们能和沉淀微粒发生很多连接而构成较大的絮凝物，这些絮凝物的结构就象棉絮那样，松散、无定形，互相连结但不很安定，内部有很多空间和很多微细的收集，包藏着大量液体，因此絮凝物的比重颇接近它所存在的液体本人.絮凝物中还收集了各种各样的微粒，这就将各种分歧成分、分歧性质、分歧大小的微粒集合在一路.是以，良好的絮凝剂处理能将溶液华夏本的微粒完整收集除去，使溶液显得特别清亮透明和有光泽.因为絮凝物的尺寸较大，它的沉降和过滤都比较快.絮凝剂与微粒的感化就是通过化学吸附和物理收集这两种方式发生的.根据上述机理可知，分子量较高、分子较长的PAM，能吸附较多的微粒，构成收集的能力较强，故絮凝效能较好.同理，PAM分子中羧基的比例适当也很次要，因糖汁中的微粒多数带负电，PAM须要有适量的羧基通过钙离子架桥与它感化.但如果羧基含量太多，PAM分子本人负电过强，本人分子之间的相斥力过大，也晦气于絮凝感化.除了碳酸法之外，糖液(蔗汁和糖浆)加PAM都是在加入磷酸和石灰乳中和当前.它们反应生成的磷酸钙沉淀是絮状物，能够捕集液相中的各种悬浮微粒构成稍大的颗粒.这称为第一次絮凝.在此基础上加PAM构成更大的絮凝物，称为第二次絮凝.良好的一次絮凝可以明显提高加PAM的二次絮凝的后果，并减少所需的PAM的数量；因为一次絮凝曾经将各种微细的粒子初步凝聚，大大减少了粒子的总数，从而减少了PAM的负担.搞好一次絮凝是加PAM获得最好后果的基础.PAM 溶液是很黏稠的.分子量越高的PAM的溶液粘度越大.这是因为PAM大分子是长而细的链状体，在溶液中活动的阻力很大.粘度的实质是反映溶液内磨擦力的大小，亦称为内磨擦系数.各种高分子无机物的溶液的粘度都较高，并随分子量升高而增大.测定高分子无机物分子量的一种方法，就是测定必定浓度溶液在必定条件下的粘度，再按必定的公式计算其分子量，称为“粘均分子量”.PAM 溶液的特性粘度[η] 与其分子量Ｍ之间有如下的指数函数关系：[η] = 3.73 × 10－ 4 × Ｍ0.66 实践经验证明，PAM的絮凝功能与它的溶液粘度有直接的关系，粘度高者功能较好；如果它的粘度受到某些身分的影响而降低，其絮凝功能必定降低.PAM溶液的粘度要用专门的仪器测定.根据我们多年的经验，还可以用两种简易的方法来观察.１、将玻璃棒放入PAM溶液中稍为搅拌后轻轻拉起，观察玻璃棒末端构成的黏液丝的长度.浓度0.05～0.1%的PAM溶液，良好者能构成10～15cm或更长的外观如蜘蛛丝的细丝，可随空气飘动；而较差者构成的丝很短，甚至不克不及成丝.２、用小瓶装PAM溶液，将瓶倾侧使溶液缓慢流下，然后暂停倾泻，观察液流末端构成的黏液丝的形态.良好的PAM溶液能构成很长的细丝.用这类观察方法还可以看到PAM的溶解是否已完整和均匀分歧.未完整均一化的溶液，在倾泻流出时可明显看到液流忽粗忽细，或有珠状或纺锤形的流出物.这类未完整分散均匀的PAM溶液的使用后果欠好，容易粘附在滤布或设备的概况上，发生副感化. 此刻，很多糖厂车间所用的PAM 溶液的粘度相当低，不克不及构成丝.为弄清此成绩，可以取该种絮凝剂在化验室用蒸馏水在常温下用低速搅拌开制同一浓度的溶液.如果这类溶液的粘度高，就说明车间的配制方法有成绩.如果化验室开的溶液的粘度也不高，就不要再用这类产品. 最好将化验室和车间分别配制的两种PAM 溶液做模拟工艺实验，对比它们的后果(如加入二次加热汁中测定沉降速度)，更能说明成绩.聚丙烯酰胺(cpolyacrylamids)简称PAM ，是一种线型高分子聚合物，是水溶性高分子化合物中利用最为广泛的品种之一，聚丙烯酰胺和它的衍生物可以用作无效的絮凝剂，增稠剂，纸张加强剂，和液体的减阻剂等，广泛利用于水处理、造纸、石油、煤矿、矿冶、地质、轻纺，建筑等工业部分.一、产品规格及次要技术目标技术目标名称PAM 阴离子 PAM 非离子 PAM 阳离子 PAM 复合离子 外观白色或微黄色粉末粒径，mm< 2 固含量(%)≥ 88 溶速(mim)不溶物(%)≤ 2 分子量(万)500-2400 300-600 300-800 800-1500 水解度(%) 13-30 5-15 离子度5-50 10-20 注：根据用户请求，分子量控制在表格所定目标的范围内根据市场价格面议二、PAM 物理性质及使用特性1、物理性质：分子式(CH 2CHCONH 2)r结构式(CH 2-CH0)nPAM 是一种线型高分子聚合物，它易溶于水，几乎不溶于苯、乙醚、酯类、丙酮等普通无机溶剂，其水溶液几近透明的黏稠液体，属非风险品，无毒，无腐蚀性，固体PAM 有吸湿性，吸温性随离子度的添加而添加，PAM 热波动性好，加热到100o C 波动性良好，但在150o C 以上时易分解发生氮气，在分子间发生亚胺化感化而不溶于水，密度(克)毫升23o C1.302.玻璃化温度在153o C ，PAM 在应力感化下表示出非牛顿流动性. 2、使用特性1)絮凝性：PAM 能使悬浮物资通过电中和，架桥吸附感化，起絮凝感化.2)粘合性：通通过机械的，物理的、化学的感化，起粘合感化.3)降阻性：PAM 能无效地降低流体的磨擦阻力，水中加入微量PAM 就能降阻50-80%4)增稠性：PAM 在中性和酸性条件下均有增稠感化，当PH 值在10o C 以上PAM 易水解.呈半网状结构时增稠将更明显. 3、PAM 的感化道理简介1)PAM 用于絮凝时，与被絮凝物品种概况性质，特别是动电位，粘度、浊度及悬浮液的PH 值有关，颗粒概况的动电位，是颗粒阻聚的缘由加入概况电荷相反的PAM，能速动电位降低而凝聚. 2)吸附架桥： PAM 分子链固定在分歧的颗粒概况上，各颗粒之间构成聚合物的桥，使颗粒构成聚集体而沉降. 3)概况吸附PAM 分子上的极性基团颗粒的各种吸附. 4)加强感化 PAM 分子链与分散相通的各种机械、物理、化学等感化，将分散相牵连在一路，构成网状，从而起加强感化.三、PAM 的合成及工艺PAM ：由丙烯腈与水在骨架铜催化剂感化下直接反应生成聚丙烯酰胺再经离子交换聚合干燥，等工序即得成品，工艺简介如下： 骨架铜催化剂 1、催化水合CH 2=CHCN+H 2O 湿 度 CH 2=CHCONH 22、聚合nCH 2=CHCONH 2-激发剂-CH 2CHCONH 2图：PAM 工艺流程示意图四、聚丙烯酰胺次要用处 聚丙烯酸胺(PAM)分子量高、水溶性好、可调节分子量，并可以引进各种离子基团以得到特定的功能.低分子量是分散材料无效增调剂或波动剂，高分子量是次要的絮凝剂，它可以建造出亲水而水不溶性的凝胶，它对很多团体概况和溶解物资有良好的粘附力.因为以上功能PAM 广泛利用于絮凝、增稠、减阻、擬胶、粘结、阻垢等领域 . 我公司生产的聚丙烯酰胺，有阳离子，阴离子，非离子，两性离子，四品种型，它们的分别用处. 1、阴离子聚丙烯酰胺(PAM)次要用处：阴离子聚丙烯酰胺根据分歧用处和用户对产品功能的请求，可选用分歧分子量使用.1)用于工业废水处理，特别是对于悬浮颗粒、较粗、浓度高、粒子带阳电荷，水的PH值为中性工碱性的污水如钢铁厂废水，电镀厂废水，冶金废水，洗煤废水等污水处理后果很好.2)饮用水处理.我国很多自来水厂的水源自江河泥少及矿物资含量高，比较混浊，虽经过沉淀处理，但仍达不到请求，须要投加絮凝剂，才干使水量变清，很多自来水厂采取无机絮凝剂，但投加量大，形成污泥量增大后果欠好，采取阴离子聚丙烯酰胺作絮凝剂，投加量是无机絮凝的50分之一但后果是无机絮凝剂的几倍至几十倍，特别是我公司生产的聚丙烯酰胺，残存单体已达到食品级(小于0.05%)，接近国外进步前辈水平，无毒，对处理饮用水更为合适，对于无机物净化严重的江河水和阴离子聚丙烯酰胺配合使用后果更好.3)用作淀粉厂及酒精厂的流失淀粉及酒糟的回收.此刻很多淀粉厂排出的废水内淀粉很高，排放以后影响环境，浪费资本，投加PAM，使淀粉沉淀，沉淀物经压滤机压滤酿成饼类可作饲料，酒精厂大量的酒糟就是采取这类工艺加工的，黑龙江一家亚洲最大的酒精厂就是聚丙烯酰胺作絮凝剂，对酒糟进行回收的而且取得了很大的经济效益.4)用作油田调剖堵水的堵水剂，三次采油的驱油剂.5)用作造纸助剂，PAM在造纸方面用处很广泛，可作为长纤维造纸分散剂，干湿加强剂，助留，助滤剂及造纸废水的絮凝剂等.2、非离子聚丙烯酰胺非离子聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺均聚而成，纯度高，离子化程度低，功能好，用处广，次要用处：1)次要用于各种改性聚丙烯酰胺的基础原料.如阴离子聚丙烯酰胺，可根据用处选择分歧牌号的非离子聚丙烯酰胺作基础原料进行水解而得，曼尼奇阳离子聚丙烯酰胺，最次要的基础原料.。
三次采油用聚丙烯酰胺综述
驱油用聚丙烯酰胺研究现状前言：随着经济的迅猛发展，世界对能源尤其是石油的需求量不断增加。
因此，提高原油采收率日益成为国际上石油企业经营规划的一个重要部分。
近年来，我国社会经济持续快速增长对汽油的需求量越来越大，而国内的石油供应却难以满足人们对石油日益增长的需求。
石油对外的依存度进一步增大，已接近50%。
并且国内各大油田经过一次、二次采油油田含水量不断提高，大部分已进入高含水期开采阶段，含水率已达到90%以上。
针对二次采油后开采难度逐渐加大的现象进行三次采油是提高采油率的重要方法。
三次采油是指在利用天然能量进行开采和传统的用人工增补能量( 注水、注气) 之后，利用物理的、化学的、生物的新技术进行尾矿采油的开发方式。
主要通过注入化学物质、蒸汽、气( 混相) 或微生物等，从而改变驱替相和油水界面性质或原油物理性质。
其中聚合物驱是三次采油的主要技术方法，驱油机理清楚，工艺相对简单，技术日趋成熟，是一项有效的提高采收率技术措施，自上世纪七、八十年代以来，国内的油田工作者对聚合物的合成及应用进行了大量的研究，某些领域目前已达到国际先进水平。
常用的驱油聚合物主要是部分水解的聚丙烯酰胺（PAM）及其衍生物。
聚丙烯酰胺(Polyacrylamide，简称PAM)是丙烯酰胺(Acrylamide，简称AM)及其衍生物的均聚物和共聚物的统称。
工业上凡有50%以上AM单体的聚合物统称为聚丙烯酰胺。
PAＭ是一种线型水溶性高分子，是水溶性高分子化合物中应用最为广泛的品种之一。
聚丙烯酰胺浓溶液与NaOH或NaCO3共水解可以合成部分水解聚丙烯酰胺（简称HPAM）（水解度在20%-60%为宜）。
HPAM亲水性强，在淡水中，易与水形成氢键，易溶于水，水化后具有较大的水动力学体积。
由于聚丙烯酰胺分子内羧酸钠基的电性相互排斥作用，使聚丙烯酰胺分子呈伸展状态，增黏能力很强。
而在盐水中，由于聚丙烯酰胺分子内羧钠基的电性被屏蔽，聚丙烯酰胺分子呈卷曲状态。
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聚丙烯酰胺的机械降解
关键词：聚丙烯酰胺 机械降解
机械降解是指由机械能输入引发的聚合物链化学反应。
有多种外界作用可以引起聚合物的机械降解，如高剪切力、拉伸流动、直接的力学承载、摩擦等。
PAM随其受力场合不同，可以经受不同的机械降解方式，如聚合过程中的搅拌、挤出、造粒、粉碎等，以及PAM以溶液形式应用时经受的搅拌、泵送、注入和在多孔介质中的高速剪切及拉伸流动等。
超声作用也会使聚合物发生降解。
聚合物的机械降解是一自由基反应过程，这已经ESR谱研究确认。
外界施加的机械能传递给聚合物分子链时，在聚合物分子链内产生内应力，当此应力能足以克服C‐C键断裂的活化能时，导致聚合物分子链断裂，形成聚合物链自由基，进而引发聚合物自由基化学反应，使聚合物的分子量和分子结构发生变化。
但产生的自由基有多种演化途径，如氢提取、偶合终止、歧化终止，以及与其他自由基受体反应，如氧、低分子化合物。
因此由机械降解引发的聚合物结构变化和分子量及分布变化取决于聚合物溶液的条件，如聚合物浓度、溶液黏度、氧含量及溶液中存在的杂质、一般在聚合物浓度较低，以及溶液中存在氧或其他低分子杂质时，机械降解常导致聚合物分子量下降，分子量分布变窄，溶液黏度降低。
而在较高聚合物浓度以及无氧和杂质含量较少条件下，机械降解则可能导致聚合物的支化，分子量分布变宽，甚至出现双峰分布，在某些条件下还会形成微交联结构，导致聚合物溶解性能下降。
降解导致聚合物分子量变化的同时，也会再分子链上引入其他官能团结构，如歧化终止导致双键，与氧反应生成过氧结构。
这些杂结构的引入又会使聚合物产生其他变化途径。
有机是存在氧，研究指出溶液中低至几微克每克的氧就可以在AM聚合中有效地扑捉自由基。
过氧结构的引入使聚合物的机械降解过程常因不同的实验条件和使用条件呈现不同的结果。
PAM具有很高的分子量，常以低浓度的水溶液形式应用，如作为絮凝剂、增稠剂和减
阻剂等，表现出很强的非牛顿流动特性和强的黏弹性，在应用过程中聚合物溶液经受剪切或拉伸流动，分子链的机械降解表现得尤为突出，导致PAM分子量下降、溶液黏度降低，从而使PAM的应用性能恶化，已成为PAM引用中不可忽视的问题。
对此过程已采用粘度法、体积排斥色谱法和多角度激光光散剂等多种技术进行了广泛的研究，以考察聚合物溶液浓度、PAM分子量及分布、离子度、盐浓度、剪切速率和拉伸流动、温度及受力时间对其机械降
解程度的影响规律。
由于链的断裂是由链承受外界摩擦应力而引起的，因而应有一个临界摩擦应力。
当聚合物链承受的摩擦应力超过此临界摩擦应力时，将引起链的断裂、而聚合物链承受的摩擦应力大小与外加剪切速率及聚合物发生取向和解缠结的难易程度有关。
在聚合物溶液剪切降解中，存在着依赖于剪切速率、聚合物结构 和分子量、聚合物浓度及溶剂性质诸多参数的临界条件，以存在着降解平衡值，使机械降解的预测较为困难。
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