1、文獻綜述、八 刖言絮凝沉淀法是國內外普遍用來提高水質和處理污水的一種既經濟又簡便的 方法之一。高分子絮凝劑以其良好的絮凝效果、脫色能力和操作簡捷等優點在水 處理過程中起著不可替代的作用。聚丙烯酸鈉即為該法中使用較多的絮凝劑。聚丙烯酸鈉為丙烯酸的一種主要下游產品，近年來在國內外的研究受到重 視，生產也不斷增加。聚丙烯酸鈉產品包括水溶性產品和水不溶性產品。水溶性 聚丙烯酸鈉產品廣泛應用于食品、紡織造紙、化工等領域。水不溶性聚丙烯酸鈉 產品具高吸水性，主要用于農林園藝、生理衛生等領域。聚丙烯酸鈉的分子量從 幾百至幾千萬以上，不同分子量的聚丙烯酸鈉各有各的用途。超低分子量的用途 還未完全開發;低分子量

2、主要起分散作用；中等分子量顯示有增稠性；高分子量的 則主要做增稠劑和絮凝劑;超高分子量的在水中溶脹，生成水凝膠，主要用作吸 水劑。本文根據目前國內外學者對聚丙烯酸鈉合成工段工藝設計的研究成果，借鑒 他們的成功經驗，在此基礎上，查閱了大量資料，并吸取其它聚丙烯酸鈉生產廠 家的經驗，力求使各工藝條件達到理想操作狀態，使整個生產過程達到最優化， 為聚丙烯酸鈉裝置的工藝設計提供參考。一、簡介1、絮凝劑絮凝劑主要是帶有正電性或負電性的基團中和水中帶有負電性或正電性難 于分離的粒子或者顆粒，使其電勢降低，并促使其處于穩定狀態，利用聚合性質 使得這些顆粒變得相對集中，使其能夠通過物理或者化學方法分離出來。一

3、般為 了達到這種目的而使用的藥劑，稱之為絮凝劑。絮凝劑主要應用于給水和污水處 理領域1。絮凝劑的品種繁多，從無機到有機，從低分子到高分子，從單一型到復合型， 總的發展趨勢是向廉價實用、無毒高效的方向發展。2、有機高分子絮凝劑有機絮凝劑的優點是比較經濟、用法簡單；但用量大、絮凝效果低，而且存 在著腐蝕性強、成本高等缺點。有機高分子絮凝劑是20世紀60年代后期才發展 起來的一類新型廢水處理劑。與傳統絮凝劑相比，它能成倍的提高效能，且價格 較低，因而有逐步成為主流藥劑的趨勢。加上產品質量穩定，有機聚合類絮凝劑 的生產已占絮凝劑總產量30%60%1。其中使用最多的是聚丙烯酸鈉及其系列產 物。3、聚丙烯

4、酸鈉高分子聚丙烯酸鈉（PAANa）是近年來國內外開發的丙烯酸類精細化工產品 之一。分子量在100萬到1000萬之間，結構為聚陰離子型電解質。通過聚陰離子 間的架橋使懸浮粒子相互凝聚成團，可加速懸浮粒子的沉降。高分子量聚丙烯酸 鈉用途十分廣泛，主要用于電解鹽水精制、農藥防漂散劑、墻體材料粘結劑及絮 凝劑等，且對動植物蛋白的絮凝有特效作用。二、聚丙烯酸鈉的性質1、物理性質常溫下密度為1.32g/mL，在相對分子質量較小的為液體，大的可為固體。 固體時為無臭無味白色粉末或顆粒，遇水膨脹，吸濕性極強，易溶于氫氧化鈉水 溶液，緩慢溶于水并形成極粘稠的透明液體（加熱處理、中性鹽類、有機酸類對 其粘性影響很

5、小，堿性時則粘性增大），不溶于乙醇、丙酮等有機溶劑。2、化學性質化學性質比較穩定，強熱至300度不分解。因系電解質，易受酸及金屬離子 的影響。遇足量二價以上金屬離子（如鋁、鉛、鐵、鈣、鎂、鋅）形成其不溶性 鹽，引起分子交聯而凝膠化沉淀。但是二價金屬離子量少時仍為溶液。pH=4.0 以下時可能產生沉淀。三、聚丙烯酸鈉的生產方法及其選擇1、聚丙烯酸鈉的生產方法、聚合法使丙烯酸和氫氧化鈉溶液反應生成丙烯酸鈉單體，后將丙烯酸單體在過硫酸 鹽、還原劑引發下聚合成聚丙烯酸鈉3。、中和法先將丙烯酸在氧化還原劑作用下聚合反應生成聚丙烯酸，后將聚丙烯酸與氫 氧化鈉中和生成聚丙烯酸鈉。、皂化法先由丙烯酸與甲醇反應

6、生成丙烯酸甲酯，將丙烯酸甲酯聚合后的懸浮液或乳 膠在氫氧化鈉水溶液中加熱，制得聚丙烯酸鈉。、水解法先有丙烯酰胺聚合生成聚丙烯酰胺，然后在堿性條件下將聚丙烯酰胺水解生 成聚丙烯酸鈉。2、合成工藝的選擇目前一般使用聚合工藝路線，中和后的丙烯酸鈉聚合速率平穩，工業反應容 易控制。具體的聚合方法方法有本體聚合、水溶液聚合、反相懸浮聚合、反相乳液聚 合、輻射聚合等。本體聚合、水溶液聚合是高分子化學中常用的聚合方法。水溶液聚合法是以水為溶劑，將經堿部分中和后的丙烯酸，加入有關助劑、 引發劑，然后在一定的溫度下進行聚合、干燥粉碎而制得的方法。該法以水為溶 劑，生產過程不產生污染;對主設備要求低，投資省;操作

7、簡單，生產效率高;缺 點是反應速度快，溫度不易控制;但后處理需增加干燥、粉碎、篩分工序，有過 細粉末產生。其中反相懸浮聚合法是將反應物分散在油溶性介質中，單體水溶液作為水相 液滴或粒子，水溶性引發劑溶解于水相中引發聚合的方法。從20世紀90年代開始， 研究者將反相懸浮聚合工藝應用于丙烯酸鈉聚合，此舉既解決了原來反應中黏度 過高及攪拌傳熱困難等難題，又加快了聚合反應的反應速度以及產物的相對分子 質量，且在溫和的反應條件下可直接制成粉狀或粒狀產物。對于反相懸浮聚合而 言，有效的懸浮分散劑包括親水性高嶺土、硅烷化的硅酸或者礦物填料等，其他 的懸浮分散劑有山梨糖醇油酸酯和帶有-COOH、-SO3H和-

8、NH2等親水性取代基的可 溶性聚合物，也可以采用一些含有親油親水基的嵌段共聚物。反相乳液聚合法是將反應物分散在油性介質中，通過乳化劑的作用，在劇烈 攪拌下分散成乳液狀并進行聚合的方法。該方法與一般的乳液聚合的不同之處在 于：單體是親水性或水溶性的，水相中的單體分散在油性介質中，為“油包水” 型聚合系統。采用乳化劑的親水親油平衡值（HLB）為38。目前反相乳液聚合 法具有廣闊的發展前景，引起了國內外高分子學者的高度重視。輻射聚合，以丙烯酸鈉為主要原料，用NaOH中和后用Co釋放出的Y射線輻射 聚合，經交聯后得到聚丙烯酸鈉。其特點是制造過程中未添加任何助劑，因此得到 的產品純度高，適于制作生理衛生

9、和醫藥用品。近年來雖然有對高吸水性樹脂的 輻射聚合研究，但工業化尚有困難。綜上分析，本設計擬采用水溶液聚合的方法生產聚丙烯酸鈉。3、合成工藝流程圖四、聚丙烯酸鈉的應用目前聚丙烯酸鈉被廣泛的應用于化工、造紙、紡織、鑄造、輕工、石油開采、 水處理、食品、醫藥、農業等領域10。1、增稠劑在紡織印染業中作為印花增稠劑以及燃料防遷移劑；在醫療中添加到專業設 計的具有吸液能力的無紡纖維素纖維中制成保濕敷料；低分子量的聚丙烯酸鈉添 加到天然橡膠中用于濃縮天然橡膠膠乳。2、分散劑低分子量的聚丙烯酸鈉作為水質穩定劑有明顯的防垢效果；在石油化工中作 鉆井泥漿降失水劑和油井壓裂液；在建筑工業中作為水泥減水劑以提高混

10、凝土強 度；在農業上作為農藥造粒展開劑。3、絮凝劑在水處理中用以天然水的處理以及污水的處理等；在氧化鋁的生產中用以從 氧化鋁中分離赤泥；在聯堿法制堿中用于氨II液的澄清；在制糖業中使糖汁快速 澄清；在農業中用于土壤改良劑；在工業上用于分離潤滑油中的外來油。4、粘合劑聚丙烯酸鈉可作為成型粘合劑配入泥漿、混凝土漿、石膏漿、嵌縫膠等之中； 在食品加工中作為食品添加劑。5、超高吸水性樹脂用聚-Y -巰丙基硅氧烷作引發劑，將丙烯酸和小量交聯劑對二乙烯基苯在四 氯化碳和氫氧化鈉水溶液中進行共聚可得到吸水量400倍以上的超高吸水性聚 丙烯酸鈉。可作農業和園藝的土壤保水劑、工業用脫水機和增稠劑、各種吸水性 的

11、生理用品和醫療衛生用品等。五、研究方向及展望隨著國民經濟的飛速發展，水處理的必要性日益突出，絮凝技術是提高水處 理效率的最常用技術之一。特別是作為絮凝劑的高相對分子質量聚丙烯酸鈉，已 經成為國內外科研人員競相研究的課題。研究丙烯酸及其共聚單體的反相乳液聚 合，首先應對乳化劑的選配、引發劑體系的選擇及其用量、聚合溫度及時間的確 定等方面進行探討，研究體系的中和度、共聚單體的種類和配比、單體總濃度、 非極性溶劑的種類和混配等1H應繼續發展和完善現有的聚合方法和工藝條件， 對各個聚合機理及聚合動力學進行深入研究，開發新的高效、合理的聚合引發體 系，探討高性能的緩聚劑，探索更加有效的聚合方法（比如半連

12、續聚合方法、微 乳液聚合方法、反相微乳業聚合方法），研究如何提高相對分子質量以優化其性 能，研究高固含量聚合和新技術在各聚合方法中的應用，研制高分子型的乳化劑， 探索反相微乳液聚合方法，從而使聚丙烯酸鈉從實驗室研究向產業化、工業化進 軍12隨著經濟建設的蓬勃發展，科學技術的不斷進步，對高分子水溶性的聚合 物尤其聚丙烯酸類的產品性能要求會越來越高，其勢必會有更廣闊的發展前景。結論通過以上文獻綜述，不難發現：聚丙烯酸鈉在工業中有極其重要的作用，主要是作為絮凝劑分散劑、增稠劑、 高吸水性樹脂、粘合劑等。尤其是在作為絮凝劑在水處理、制糖、氧化鋁生產、 聯堿法制堿等工業中有突出作用。近幾十年來，國內外化

13、學工作者在聚丙烯酸鈉的合成及應用方面做了大量的 研究工作，但仍存在不足:如作為絮凝劑使用的高分子聚丙烯酸鈉，要求分子質量 高且溶解速度快，對其合成方法還需進一步研究；以及對超低相對分子質量（700 以下）的產品的應用還未完全開發。因此，在國內根據市場需要開發不同相對分 子質量、具有多種用途的系列產品，滿足各行各業的需求，其發展前景和經濟效 益十分樂觀。但隨著聚丙烯酸鈉配套合成工藝技術的不斷改進、完善和隨著產品 質量的進一步提高，生產成本的大幅度降低，必將推動聚丙烯酸鈉及其相關產品 的應用市場的進一步發展，產生更大的技術經濟效益和社會效益。參考文獻吳法軍.常用水處理絮凝劑應用綜述J.新疆有色金屬

14、.2013年06期.韓慧芳，崔英德.聚丙烯酸鈉的評述J.廣東化工.2002年05期.李曉麗.聚丙烯酸鈉的合成方法及其研究進展J.實踐與探索.2012年04期.翟新，劉福勝，于是濤.光輔助引發制備高分子聚丙烯酸鈉J.青島科技大學學報（自然 科學版）.第33卷第4期.王壽武，鄧應淼，周雪婷等聚丙烯酸鈉的合成及性能研究J.精細石油化工進展.第11 卷第5期.許東穎，胡愛珍，陳甲華等.聚丙烯酸鈉的合成研究J.廣西師范學院學報（自然科學版） 第21卷第4期.韓淑珍.反相懸浮聚合法新工藝合成聚丙烯酸鈉高分子絮凝劑工業化開發研究J.精細 與專用化學品.2000年17期.張躍華，顧學芳，王南平.反相乳液法合成

15、高分子量聚丙烯酸鈉J.精細石油化工進 展.2008年01期.趙紅坤，曾之平.高分子量聚丙烯酸鈉合成工藝條件的探討J.精細化工.1997年04期.韓秀山.聚丙烯酸鈉的應用J.四川化工與腐蝕控制.2002年02期.田媛媛，韋莎.低分子量聚丙烯酸鈉研究進展J.廣州化工.第40卷第15期.張鑫，陸丹，孫哲.聚丙烯酸鈉的應用分析研究J.化學工程與裝備.2011年02期.G. F. Fanta，R. C. Burr，C. R. Russell， et，al. Graft copolymers of starch.I Copolymerization of gelatinized wheat stareh

16、with acrylonitrile. Formation of copolymer and effect of solvent on copolymer composition. JAPPl. Polymer Sei.1966, 10（5）:929-937.G. F. Fanta，R. C. Burr，C. R. Russell，et，al.Graft copolymers of starch.IIcopolymerization of gelatinized wheat starch with acrylonitrile.Influence of reaction conditions o

17、n copolymer compounds J Polymer Sci. Pt B1966, 10:765-769.G F Fanta，R C Burr，C R Russell，et al. Graft copolymers of starch.III CoPolymerization of gelatinized wheat starch with acrylonitrile. Influence of reaction conditions on copolymer compounds J PolymerSci. Pt B J APPI Polym J，1967, 11 (3):457.L Gugliemelli,