高分子聚丙烯酰胺如何發(fā)生架橋作用
時(shí)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(tuán)，它能通過(guò)吸附水中懸浮的固體粒子，使粒子間架橋或通過(guò)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(jìn)過(guò)濾等效果。
聚丙烯酰胺在室溫下是一種堅(jiān)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(rèn)為是簡(jiǎn)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(huì)互相下沉。然而，后來(lái)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(huì)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(rèn)為，當(dāng)聚丙烯酰胺濃度較低時(shí)，吸附在一個(gè)顆粒表面的長(zhǎng)聚合物分子可能同時(shí)吸附在另一個(gè)顆粒表面，兩個(gè)或兩個(gè)以上的顆粒通過(guò)“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(jī)理。架橋的必要條件是粒子上有一個(gè)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(hù)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(jìn)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(rèn)為是簡(jiǎn)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(lái)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(hào)電荷的高分子電解質(zhì)，對(duì)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(rèn)為，在高分子物質(zhì)濃度較低時(shí)，吸附在微粒表面上的高分子長(zhǎng)鏈可能同時(shí)吸附在另一個(gè)微粒的表面上，通過(guò)“架橋”方式將兩個(gè)或更多的微粒聯(lián)在一起，從而導(dǎo)致絮凝，這就是發(fā)生高分子絮凝作用的“架橋”機(jī)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(huì)通過(guò)架橋而絮凝，此時(shí)高分子物質(zhì)起的是保護(hù)作用。
由架橋機(jī)理知道，聚丙烯酰胺的分子要能同時(shí)吸附在兩個(gè)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(duì)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(yáng)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(jī)理一樣,聚丙烯酰胺PAM對(duì)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(diǎn),由于它們有很高的聚合度, 在水溶液中可形成很長(zhǎng)的線形分,對(duì)固體顆粒有著強(qiáng)有力的吸附作用,這些作用來(lái)源于:范德華力、氫鍵力及靜電引力,對(duì)聚丙烯酰胺PAM來(lái)講,主要是靠氫鍵力。高分子凝聚劑就是借助這些力,對(duì)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(kāi),,其各活性部位與懸浮顆粒吸附,在吸附的同時(shí)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(fù)雜的聚集體
對(duì)于吸附架橋作用來(lái)講,要求聚合物應(yīng)有足夠長(zhǎng)的分子鏈。國(guó)產(chǎn)的聚丙烯酰胺PAM的分子量在80萬(wàn)~800萬(wàn)之間,其分子鏈展開(kāi)長(zhǎng)度為12x10 4~12x10 5mμ。一般認(rèn)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(zhǎng)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(duì)象是膠體及粗粒。粗粒在溶液中可自然沉降, 而膠體則可長(zhǎng)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(kuò)散層)
擴(kuò)散層的厚度遠(yuǎn)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(jìn)行著布朗運(yùn)動(dòng), 有著碰撞的機(jī)率, 但是由于擴(kuò)散層的隔離作用, 使得微粒間所具有的引力達(dá)不到相互作用的距離, 不能產(chǎn)生凝聚現(xiàn)象。
擴(kuò)散層為一不穩(wěn)定層,隨著膠團(tuán)的不斷運(yùn)動(dòng)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(biāo)志著擴(kuò)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(dá)到降低二電位, 壓縮雙電層的作用, 使得微粒在運(yùn)動(dòng)過(guò)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(guò)程大都采用高價(jià)金屬離子, 近年來(lái)由于陽(yáng)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(lái), 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(yáng)離子型的則兼有中和電荷的作用。
