高分子聚丙烯酰胺如何發(fā)生架橋作用
時間：2023-02-25 13:31:07
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高分子聚丙烯酰胺如何發(fā)生架橋作用
聚丙烯酰胺是水溶性的高分子聚合物，主要用于多種工業(yè)廢水的絮凝沉降，沉淀澄清處理，由于其分子鏈中含有一定數(shù)量的極性基團，它能通過吸附水中懸浮的固體粒子，使粒子間架橋或通過電荷中和使粒子凝聚形成大的絮凝物，故可加速懸浮液中粒子的沉降，有非常明顯的加快溶液澄清，促進過濾等效果。
聚丙烯酰胺在室溫下是一種堅硬的玻璃狀固體，其產(chǎn)品包括膠水和白色粉末、半透明的珠子和薄片等。這種材料如何發(fā)生架橋作用？以下是小編的整理：
聚丙烯酰胺曾被認為是簡單的電中和。如果聚合物電解質(zhì)和膠體的大離子電荷相反，就會互相下沉。然而，后來發(fā)現(xiàn)敏化或絮凝的作用不限于與膠體電荷相反的聚合物電解質(zhì)。一些非離子聚合物甚至一些帶相同電荷的聚合物電解質(zhì)會使膠體敏化甚至絮凝。因此，電中和不是聚合物絮凝的原因。
目前普遍認為，當聚丙烯酰胺濃度較低時，吸附在一個顆粒表面的長聚合物分子可能同時吸附在另一個顆粒表面，兩個或兩個以上的顆粒通過“橋聯(lián)”連接在一起產(chǎn)生絮凝，這就是聚合物絮凝的“橋聯(lián)”機理。架橋的必要條件是粒子上有一個空白表面，如果溶液中的聚合物濃度較高，聚丙烯酰胺顆粒表面將被吸附的聚合物完全覆蓋，顆粒不再因架橋而絮凝，因此聚合物可以保護作用。
聚丙烯酰胺的生產(chǎn)是以丙烯酰胺水溶液為原料，在引發(fā)劑的控制下進行聚合。反應(yīng)后，將聚丙烯酰胺橡膠塊切成切割，顆粒，干燥，粉碎即得產(chǎn)品。
使用聚丙烯酰胺，以前被認為是簡單的電性中和作用。如高分子電解質(zhì)的大離子與膠體所帶的電荷相反，則能發(fā)生互相沉作用。但后來發(fā)現(xiàn)，起敏化或絮凝作用的并不***于電荷與膠體相反的高分子電解質(zhì)，一些非離子型高分子，甚至某些帶同號電荷的高分子電解質(zhì)，對膠體也能起敏化甚至絮凝作用。因此電中和絕非高分子絮凝作用的惟一原因。
現(xiàn)在一般認為，在高分子物質(zhì)濃度較低時，吸附在微粒表面上的高分子長鏈可能同時吸附在另一個微粒的表面上，通過“架橋”方式將兩個或更多的微粒聯(lián)在一起，從而導致絮凝，這就是發(fā)生高分子絮凝作用的“架橋”機理。架橋的必要條件是微粒上存在空白表面，倘若溶液中的高分子物質(zhì)的濃度很大，微粒表面已***被所吸附的高分子物質(zhì)所覆蓋，則微粒不再會通過架橋而絮凝，此時高分子物質(zhì)起的是保護作用。
由架橋機理知道，聚丙烯酰胺的分子要能同時吸附在兩個微粒上，才能產(chǎn)生“架橋”作用，因此作為絮凝劑的高分子多是均聚物。它們的分子量和分子上的電荷密度對其作用有重要影響
聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺（AM）單體經(jīng)自由基引發(fā)聚合而成的水溶性線性高分子聚合物，具有良好的絮凝性，可以降低液體之間的摩擦阻力，按離子特性分可分為非離子、陰離子、陽離子和兩性型四種類型。聚丙烯酰胺作為絮凝劑的主要原理之一是吸附架橋作用，吸附架橋作用主要是指高分子物質(zhì)與膠粒相互吸附，但膠粒與膠粒本身并不直接接觸，而使膠粒凝聚為大的絮凝體，吸附架橋的作用原理如下圖所示：
與其他高分凝聚劑的作用機理一樣,聚丙烯酰胺PAM對水中分散體主要為吸附架橋作用和電中和作用:
1、吸附架橋作用
這是高分子聚合物所具有的特點,由于它們有很高的聚合度, 在水溶液中可形成很長的線形分,對固體顆粒有著強有力的吸附作用,這些作用來源于:范德華力、氫鍵力及靜電引力,對聚丙烯酰胺PAM來講,主要是靠氫鍵力。高分子凝聚劑就是借助這些力,對懸浮液中的顆粒迸行吸附的。聚丙烯酰胺PAM的分子可在液體中展開,,其各活性部位與懸浮顆粒吸附,在吸附的同時固體顆粒還可直接粘附在一起。這些與固體吸附的聚合分子又相互纏繞交聯(lián),形成復雜的聚集體
對于吸附架橋作用來講,要求聚合物應(yīng)有足夠長的分子鏈。國產(chǎn)的聚丙烯酰胺PAM的分子量在80萬~800萬之間,其分子鏈展開長度為12x10 4~12x10 5mμ。一般認為在200mμ以上才能有效,但要發(fā)揮很好的吸附架橋作用, 則分子鏈要更一長些才好。絮凝的效果隨著分子量的增加而提高, 但其溶解性能則隨分子量的增加而變差。
2、電中和作用
各種微粒在水中形成的分散體系, 按粒徑大小可分為: 真溶液(粒徑<1mμ) , 膠體(粒徑1~100mμ, 粗粒(粒徑>100mμ), 在污水處理中常遇到的處理對象是膠體及粗粒。粗粒在溶液中可自然沉降, 而膠體則可長期保持其懸浮穩(wěn)定狀態(tài)。膠體為什么能保持懸浮穩(wěn)定性,可用雙電層模型解釋。膠核微粒本身帶有一定電性,由于其吸引帶異電荷的反離子,使得靠近微粒表面處的反離子濃度高,隨距離的增大,反離字濃度逐漸降低,形成雙電層(即吸附層與擴散層)
擴散層的厚度遠大于吸附層, 一般為吸附層的幾十倍至數(shù)百倍, 所以盡管膠體微粒伺存在著相互的引力, 并在液體中不斷地進行著布朗運動, 有著碰撞的機率, 但是由于擴散層的隔離作用, 使得微粒間所具有的引力達不到相互作用的距離, 不能產(chǎn)生凝聚現(xiàn)象。
擴散層為一不穩(wěn)定層,隨著膠團的不斷運動及溶液中離子濃度的不同,其厚度亦在變化。吸附層則是一穩(wěn)定層,它與原始電荷的電位差稱ζ電位,ζ電位愈大標志著擴散層愈厚。要想脫除膠休的穩(wěn)定性,可采用投加與微粒本身電荷相反的電解質(zhì), 達到降低二電位, 壓縮雙電層的作用, 使得微粒在運動過程中足以使其引力發(fā)揮有效作用距離,而產(chǎn)生凝聚現(xiàn)象。
以往的混凝過程大都采用高價金屬離子, 近年來由于陽離子型的高分子凝聚劑的發(fā)展, 使得在中和電荷的作用中也發(fā)揮了顯著效應(yīng)。概括起來, 非離子聚丙烯酰胺和弱陰離子聚丙烯酰胺, 以吸附架橋作用為主, 而陽離子型的則兼有中和電荷的作用。
