影响阴离子型聚丙烯酰胺絮凝性能的原因分析

       阴离子型聚丙烯酰胺高分子絮凝剂的分子量高于阳离子型，而且分子内离子基团间的相互排斥，在水中分子链的伸展度较大，因而具有良好的粒子絮体化性能。

      这类絮凝剂有羧酸盐类的弱酸型和磺酸盐类的强酸型。磺酸盐类的絮凝剂有不易受pH和盐类影响的特点，有效地用于矿物悬浮液的沉降分离。因合成技术和价格上的原因其应用受限制。目前作为阴离子型高分子絮凝剂常用的是各种不同水解度的聚丙烯酰胺(HPAM)和聚丙烯酸钠(PAA-Na),以及丙烯酰胺的其他阴离子型共聚物，包括含磺酸盐。

      PAA-Na对金属氧化物之类带正电荷的悬浮粒子表现了良好的絮凝性能。因而，诸如在氧化铝生产中红泥的分离、液体烧碱的精制等方面得到了应用。另一方面，聚丙烯酸钠还特别适用于食品、水产加工等含蛋白质、酪蛋白的废水处理，处理得到的污泥可用于饲料生产。由于蛋白质在等电点的酸性一侧显示阳离子(NH3)性质，聚丙烯酸钠很容易与之反应生成不溶性盐。所以，在中性或酸性条件下，对这类废水的处理多数是有效的。聚丙烯酸钠对于带有高负电荷的悬浮颗粒是不适用的。

       处理水的pH值为中性到碱性，含无机质多的悬浮液是适用的。但要注意的是，应根据不同分散体系的性质和不同处理目的选用与之相适应的聚合物和工艺。

      HPAM的絮凝性能与其酰氨基和羧酸基的比例有关。酰氨基：羧酸基=2：1，即水解度33%（摩尔）时的絮凝效果*；酰氨基：羧酸基=9：1，即水解度10%（摩尔）时的絮凝效果*差。这是因为其分子链的有效长度依赖于水解度。聚丙烯酰胺分子中有一部分酰氨基-CONH2是以正酰胺离子—CONH3的形式存在，对水解度为10%的HPAM,因其阴离子的—COO与-CONH3间的静电吸引力作用，分子链收缩，有效长度变短，因而絮凝效果*差。进一步水解到约33%的水解度，这时阴离子基团占了优势，羧基间的同性相斥作用使分子链的有效长度变长，这是颗粒间架桥的*适宜的长度。当水解度继续提高到超过约33%时，分子链中的阴离子基团太多，以致与悬浮颗粒间的排斥作用增大，分子链过度伸展而变得僵直，反而不易吸附和架桥，因此絮凝效果下降。

      阴离子型聚丙烯酰胺絮凝剂属于聚电解质，分子链的伸展度还受pH和外加盐类的影响，*终也影响到絮凝性能。该图是水解度为30%的HPAM的比黏度、吸附率、上清液的澄清性能与pH之间的关系。由图可以看到，在pH约7时，比黏度*，说明分子链伸展度*，吸附率在35%左右，其絮凝性能*，透光率在90%以上。

      pH一方面影响絮凝剂，另一方面又影响分散颗粒的电荷性质。以高岭土为例，在酸性条件下呈正电性，在碱性条件下呈负电性。当采用聚丙烯酸钠类的高负电荷的阴离子型絮凝剂时，在碱性范围内因静电排斥作用，聚合物难以被吸附到颗粒表面上，因此难以产生絮凝作用。但是，在酸性范围内由于羧基和粒子间产生氢键，因而就可能具有絮凝作用。而HPAM,因其分子中以含丙烯酰胺链节为主，酰氨基的强吸附性可克服聚丙烯酸的以上缺点。

      还可以预计到，由于溶解用水的水质会影响分子链的伸展度，也会影响絮凝剂的絮凝性能。尤其是溶解水中含有Ca2+、A3+等离子时，其沉降速率下降，特别是离子价数越高，下降幅度就越大。但是，如果预先在悬浮液中投加二价金属离子后再投加高分子絮凝剂，那么其絮凝性能就会得到提高。二价金属离子与羧酸基形成阳离子络合物RCOOCa +,而后者可附着在颗粒表面，因而降低了表面的负电荷和颗粒间的静电排斥力，相应地增大了桥连作用。丙烯酰胺在聚合过程中容易出现支化结构。支化高分子与分子量相同的直链高分子比较，支化会缩短链的有效长度，以致削弱颗粒间的架桥，使絮凝效果变差（见图11-10)。在3%高岭土悬浮液中投加水解度20%的HPAM。直链型HPAM的沉降速率随分子量的增大而增大；而支链型HPAM的沉降速率低于直链型的，且当其分子量增加到一定数值之后，沉降速率甚至出现下降的现象。由此可见，在合成时应尽量选用产生支化结构少的聚合条件。