完全絮凝劑是指絮凝能力非常強的高分子聚合物。它能夠使漿液中的所有固相全部絮凝成膠團而沉降出來。
基本介紹
- 中文名：完全絮凝劑
- 外文名：total floeculant
- 學科：鑽探工程
- 釋文：絮凝能力非常強的高分子聚合物
簡介,生產工藝,作用機理,市場狀況：,作用：,類別,有機高分子絮凝劑,
簡介
學科：鑽探工程
詞目：完全絮凝劑
英文：total floeculant
釋文：完全絮凝劑用於清水鑽進,在國防上也常用於野戰軍就地飲用水的絮凝澄清等。常用的完全絮凝劑有未水解的聚丙烯醯胺(PAM)溶液或水解度低於l0%的水解聚丙烯醯胺(PHP)溶液等。
生產工藝
完全絮凝劑的反相懸浮聚合時近10年發展起來的實現水溶性聚合物工業化生產的理想方法，1982年Di-monie利用電導、NMR、電鏡研究了AM反相懸浮聚合。
反相懸浮聚合的研究表明乳化劑類型影響產物結構，提出了有關聚合的微觀特徵的看法。Baad對AM反相懸浮聚合研究發現，採用水溶性乳化劑和鏈烷烴油相時，乳化劑的HLB值一般大於8，聚合機理及聚合反應動力學與溶液或懸浮聚合相同，每一個液滴相當於一個單獨的水溶液聚合單位，引發、鏈增長、鏈轉移和鏈終止具有游離基聚合特徵。符合雙分子終止機理。Stupenkova、Dimonie和李小伏等人將AM反相懸浮聚合分為三個階段，第一階段形成水/油（W/O）或雙連續相，反應體系的電導接近油相電導；第二階段發生相反轉，反應體系電導突增，接近水的電導，水相成為連續相，且黏度明顯增加；第三階段為反相懸浮聚合。1999年何培新等人採用反相懸浮聚合法以含有羥基、醯胺基的親水性非離子單體的甲基丙烯酸羥乙酯和丙烯醯胺與丙烯酸鈉共聚合成了抗鹽性能顯著提高的高吸水性樹脂。
作用機理
微粒分散體系中的絮凝與完全絮凝劑現象，實質是 微粒間的引力與斥力平衡發生變化所致。當斥力> 引力，微粒單個分散，呈反絮凝態；斥力小於引力，微粒 以簇狀形式存在，呈絮凝態。而斥力、引力大小的變 化受微粒∈電位的影響，∈電位與雙電層結構中擴散 層的厚度，即所負電荷密切相關。
絮凝形態學研究 內容涉及顆粒物的形狀、大小、粒度分布、空間、內外 表面物性、相關的化學因素及其對顆粒物凝聚、絮凝 作用的影響。懸浮液中微粒的凝聚作用機理有電 荷中和、吸附架橋和表面吸附3種。向微粒分散體 系中投入一定量具有反離子的電解質，帶有相同電 荷的微粒就會因電荷的中和作用使其擴散層受到明 顯的壓縮，降低∈電位使微粒相互碰撞凝聚。如果 是單純的電荷中和作用所引起的微粒碰撞凝聚過 程，加入無機電解質，一般稱混凝作用；加入適當的 合成高分子絮凝劑，使粒子沉降速度大大增加。
此凝 聚過程一般稱絮凝作用。許多合成高分子絮凝劑除 有吸附架橋和表面吸附作用外，因其帶有不同的極 性基團而具有明顯的電荷中和的性質。微粒表面 的∈電位為“一”時，陽離子絮凝劑凝聚，∈電位為 “+”時，則陰離子絮凝劑吸附。微粒被絮凝劑凝聚 的速度取決於絮凝劑向微粒表面的擴散和微粒比表 面積的大小，其擴散速度又受絮凝劑的分子量、分子 結構、濃度、溫度、離子吸附能力和pH等的影響。
市場狀況：
領域 | 水處理 | 造紙 | 礦山 | 石油 | 其他 |
美國 | 60% | 25% | 11% | 0 | 4% |
西歐 | 45% | 32% | 8% | 12% | 3% |
日本 | 29% | 56% | 0 | 11% | 4% |
中國 | 10% | 5% | 2% | 80% | 3% |
各個國家和地區完全絮凝劑的消費結構有所不同，美國和西歐的完全絮凝劑主要用於水處理，在造紙方面的套用所占比例相對較小，而日本的完全絮凝劑則主要用於造紙工業。美國完全絮凝劑消費結構：水處理占60%，造紙占25%，礦山占11%，其他占4%；日本完全絮凝劑消費結構：水處理占29%，造紙占56%，礦山占8%，石油占11%，其他占3%；中國完全絮凝劑消費結構:水處理占10%，造紙占5%,礦山占2%，石油占80%，其他占3%。
作用：
絮凝劑在造紙領域中廣泛用作駐留劑、助濾劑、均度劑、水處理淨水劑等。它的作用是能夠提高紙張的質量，提高漿料脫水性能，提高細小纖維及填料的留著率，減少原材料的消耗以及對環境的污染等。在造紙中使用的效果取決於其平均分子量、離子性質、離子強度及其它共聚物的活性。
類別
主要分為兩大類別：鐵製劑系列和鋁製劑系列，當然也包括其叢生的高聚物系列。絮凝劑有不少品種。
有機絮凝劑：
聚丙烯醯胺(polyacrylamide)，常簡寫為PAM。分為陰離子聚丙烯醯胺，陽離子聚丙烯醯胺，非離子聚丙烯醯胺。聚丙烯醯胺按分子量的大小可分為超高相對分子量聚丙烯醯胺、高相對分子量聚丙烯醯胺、中相對分子量聚丙烯醯胺和低相對分子量聚丙烯醯胺。超高相對分子量聚丙烯醯胺主要用於油田的三次採油，高相對分子量聚丙烯醯胺主要用做絮凝劑，中相對分子量聚丙烯醯胺主要用做紙張的乾強劑，低相對分子量聚丙烯醯胺主要用做分散劑。
雙機絮凝劑
藥劑中含有經改性的植物多酚，由於它同時含有酚羥基、醇羥基、羧基等多個反應活性基團和活性部位，以及親核中心和親電中心，使其可以同時發生親核、親電等多種化學反應。在技術上較好地融合了有機和無機絮凝劑的優點和特長，攻克了傳統有機和無機絮凝劑同時投放時互不相溶的弊端。
藥劑套用於紅黴素預處理、澱粉加工、中水回用、啤酒、菲汀、城市污水、垃圾滲瀝液、酒精生產等高難度污水處理中，具有一次性投資省，工藝、操作簡便，運行成本低，效果好的特點。
有機高分子絮凝劑
有機高分子絮凝劑出現於20世紀50年代，它們套用前途廣闊，發展非常迅速。已用於給水淨化，水/油體系破乳，含油廢水處理，廢水再資源化及污泥脫水等方面；還可用作油田開發過程的泥漿處理劑，選擇性堵水劑，注水增稠劑，紡織印染過程的柔軟劑，靜電防止劑及通用的殺菌、消毒劑等。
種類和性質
有機高分子絮凝劑有天然高分子和合成高分子兩大類。從化學結構上可以分為以下3種類型：(1)聚胺型-低分子量陽離子型電解質；(2)季銨型-分子量變化範圍大，並具有較高的陽離子性；(3)丙烯醯胺的共聚物-分子量較高，可以幾十萬到幾百萬、幾千萬，均以乳狀或粉狀的劑型出售，使用上較不方便，但絮凝性能好。根據含有不同的官能團離解後粒子的帶電情況可以分為陽離子型、陰離子型、非離子型3大類。有機高分子絮凝劑大分子中可以帶-COO-、-NH-、-SO3、-OH等親水基團，具有鏈狀、環狀等多種結構。因其活性基團多，分子量高，具有用量少，浮渣產量少，絮凝能力強，絮體容易分離，除油及除懸浮物效果好等特點，在處理煉油廢水。
非離子型有機高分子絮凝劑
非離子型有機高分子絮凝劑主要是聚丙烯醯胺。它由丙烯醯胺聚合而得。
陰離子型有機高分子絮凝劑
(2)丙烯醯胺和苯乙烯磺酸鹽、木質磺酸鹽、丙烯酸、甲基丙烯酸等共聚物。
陽離子型有機高分子絮凝劑
2.4.1季銨化的聚丙烯醯胺
季銨化的聚丙烯醯胺陽離子均是將-NH2經過羥甲基化和季銨化而得，可以分為聚丙烯醯胺陽離子化和陽離子化丙烯醯胺聚合。
(1)由聚丙烯醯胺季銨化
聚丙烯醯胺(PAM)先與甲醛水溶液反應，醯胺基部分羥甲基化，其次與仲胺反應進行烷胺基化，然後與鹽酸或胺基化試劑反應使叔胺季銨化。
(2)由季銨化的丙烯醯胺聚合
在鹼性條件下，先由丙烯醯胺與甲醛水溶液反應，然後與二甲胺反應，冷卻後加鹽酸季銨化。產物經蒸發濃縮、過濾，得季銨化丙烯醯胺單體。
聚丙烯醯胺的陽離子衍生物
這類產品多是由丙烯醯胺與陽離子單體共聚合得到的。
兩性聚丙烯醯胺聚合物
以部分水解聚丙烯醯胺加入適量甲醛和二甲胺，通過曼尼茲反應合成出具有羧基和胺甲基的兩性型聚丙烯醯胺絮凝劑。
丙烯醯胺接枝共聚物
因為澱粉價廉來源豐富，其本身也是高分子化合物，它具有親水的剛性鏈，以這種剛性鏈為骨架，接上柔性的聚丙烯醯胺支鏈，這種剛柔相濟的網狀大分子除了保持原聚丙烯醯胺的功能之外，還具有某些更為優異的性能。
由於大多數有機高分子絮凝劑本身或其水解、降解產物有毒，且合成用丙烯醯胺單體有毒，能麻醉人的中樞神經，套用領域受到一定限制，迫使絮凝劑向廉價實用、無毒高效的方向發展。
