摘要：陽離子型聚丙烯酰胺具有許多優點，具有開發研究價值，是重要的高分子絮凝劑。本文介紹了陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑的制備方法、 應用及其絮凝作用機理，并分析了其發展方向。
70年代以來，陽離子型聚丙烯酰胺的研制開發出現了明顯的增長趨勢，日本、美國、英國、法國等國，目前在廢水處理中都大量使用了陽離子型絮凝劑，尤其是近幾年，日、美等國陽離子型絮凝劑已占合成絮凝劑總量的60%，且每年仍以10%以上的速度增長。這是因為現代化工業的發展和現代化生活水 平的提高使排水中有機物質含量大大提高。對于這些含有機物或膠體的水體系，由于其微粒表面帶負 電荷，致使非離子型或陰離子型高分子絮凝劑用于這類廢水處理不能獲得滿意的處理效果，而使用陽離子高分子絮凝劑時，它可以與水中微粒起電荷中和及吸附架橋作用，從而使體系中的微粒脫穩、絮凝而有助于沉降和過濾脫水，產生很好的絮凝凈化作用。因此，陽離子型絮凝劑的研究和使用很受關注。
國外在已開發應用的陽離子型絮凝劑中，陽離子型聚聚丙烯酰胺絮凝劑占重要的地位。我國水處理劑總量的3/4是絮凝劑，其中聚丙烯酰胺占絮凝劑的一半。因此，聚丙烯酰胺陽離子化是我國發展陽離子型絮凝劑的重要方向。
1、陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑的制備
據報道，有含硫、磷、氮的陽離子高分子絮凝劑，但有實際應用價值的幾乎是含氮陽離子絮凝劑。含氮陽離子絮凝劑可分為含一、二、三價氮原子的質子化絮凝劑和含四價氮（季銨）基團的絮凝劑兩大類。它們的區別在于陽離子性是否與廢水中的pH值有關；含質子化氮的絮凝劑應用時應考慮廢水中的 pH值對其影響而含四價氮基團的絮凝劑與廢水中的值無關。
陽離子型絮凝劑在非離子型PAM均聚物（或PAM共聚物）中加陽離子化試劑，也可以由陽離子型單體與 AM共聚制得。其制備方法概括起來可分為三大類。
1.1 非離子型聚丙烯酰胺的陽離子改性
陽離子型聚丙烯酰胺合成通常是通過經甲基或曼尼期反應在聚丙烯酰胺上引入胺類分子，分叔胺型和季銨型陽離子型聚丙烯酰胺。早在1956年有人就用甲醛和二甲胺與PAM反應，研制出叔胺型改性PAM； 日本專利用次氯酸鈉和PAM進行曼尼期反應，然后再與二胺試劑反應，也制得叔胺型改性PAM；我國也進行了這方面的研究，如用甲醛和雙氰胺與PAM反應研制出脈鹽酸型改性PAM，并用于處理染料廢水；用二氰二胺對聚丙烯酰胺進行改性，獲得一種新型陽離子型聚丙烯酰胺，它對印染廢水中的活性艷紅 X-33有良好的脫色絮凝作用，其凈化效果可達99%；用甲醛和二甲胺在一定條件下與聚丙烯酰胺反應， 生成叔胺型陽離子聚丙烯酰胺，然后再進一步與硫酸二甲酯反應，生成季銨型陽離子型聚丙烯酰胺，但用此方法制備的陽離子型聚丙烯酰胺有毒性。
1.2 丙烯酰胺單體與陽離子單體共聚合
丙烯酰胺與乙烯類陽離子單體共聚合可得到陽離子型聚丙烯酰胺。較常見的陽離子單體是季銨或叔胺化的胺基酯或烷胺基酰胺。
丙烯酰胺（AM）和二甲基二烯丙基氯化銨共聚合制得的季銨化陽離子高分子絮凝劑是季銨化陽離子型聚丙烯酰胺中重要的一種。因為DMDAAC均聚物（PDADMA）及其共聚物具有正電荷密度高、水溶性好、相對分子質量易于控制、高效無毒、造價低廉等優點。因此，廣泛應用于污水處理、生活用水處理等方面。如吳全才用反相乳聚合法制備的AM/DMDAAC陽離子絮凝劑處理遼陽化工廢水、遼陽織染廢水和遼陽造紙廢水，處理后的廢水已達到回用水的要求，污泥脫水的沉降速度優于日本水溶液聚合的高分子陽離子絮凝劑。肖遇等用水溶液聚合法制備的AM/DMDAAC陽離子絮凝劑處理江漢石油化工廠隔油后的污水、采油污水、鉆井污水，結果表明，其使用效果比使用陽離子絮凝劑80A-51、M- PAM好。
王雅瓊等用丙烯酰胺（AM）和甲基丙烯酸胺基乙酯（DM）共聚合制得的陽離子高分子絮凝劑，并對造紙廠中段白水進行了絮凝沉降試驗。試驗表明，其較佳用量、沉降速度、絮凝后的透光率隨聚合物的相對分子質量投加量及水體系pH值等因素的改變而改變，相對分子質量增加可增加吸附架橋作用，使微粒加大而有利于絮凝沉降。該陽離子絮凝劑在酸性條件下的絮凝效果比在堿性條件下好。
1.3 天然高分子-丙烯酰胺接枝共聚陽離子化
天然高分子物質具有相對分子質量分布廣、活性基團多、結構多樣化等特點，且其來源廣、價廉、可再生、無毒，所以這類絮凝劑的開發潛力較大。改性陽離子淀粉衍生物、木質素衍生物、甲殼素衍生物等，尤其是近幾年來淀粉-聚丙烯酰胺接枝共聚物的研究日益引起人們的關注，并取得一定的進展。它與均聚丙烯酰胺相比，具有絮凝能力強、分子鏈穩定性好、適應范圍廣、陽離子化反應更容易進行等特點。藩松漢等用木薯淀粉為原料，采用兩步法合成的陽離子接枝型淀粉聚丙烯酰胺絮凝劑對洗煤廢水進行處理，對洗煤廢水的絮凝沉降速度和上層清液的透過率都比均聚丙烯酰胺好。趙彥生等采用一步法合成的陽離子接枝型淀粉聚丙烯酰胺絮凝劑對山西毛紡廠印染廢水進行處理，對印染廢水的絮凝沉降速度和上層清液的透過率都比非離子型聚丙烯酰胺和陽離子型聚丙烯酰胺好。楊通在等合成的陽離子接枝型淀粉聚丙烯酰胺絮凝劑對印染、釀酒、屠宰和印刷電路板等行業輕工廢水處理，具有投量少、產污泥量少、處理效率高等特點。李瓊等合成的陽離子接枝型淀粉聚丙烯酰胺絮凝劑對廣州某表面活性劑廠的生產廢水處理,具有產生的絮凝體沉降速度快、適用的pH值范圍寬、化學需氧量（COD）去除率高等特點。
2、陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑的絮凝作用機理
陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑分子鏈中既含陽離子鏈節，又含柔性好的丙烯酰胺鏈節。當陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑處理含膠體顆粒帶正電荷的廢水時，吸附在膠體表面上的是柔性好的丙烯酰胺鏈節。丙烯酰胺鏈節不是全部都與膠體表面接觸，而是很多鏈節伸展到懸浮液的液相中。被吸附在膠體表面上的高分子鏈節段為鏈串，伸展到液相中的高分子鏈節稱為鏈環，高分子的尾端稱為鏈端，伸展到溶液中的鏈環和鏈端形成膠體顆粒間的橋。由于一個高分子鏈有很多個鏈串與顆粒間的橋，當高分子鏈中吸附的膠體顆粒多時，使膠體絮凝而發生沉降，即“架橋作用”。當陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑處理含膠體顆粒帶負電荷的廢水時，陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑中的陽離子與廢水中的帶陰離子的膠體顆粒進行電荷中和作用，降低ζ電位，壓縮擴散層。當5電位降低到接近零時，膠體粒子被凝聚。同時，陽離子型聚丙烯酰胺的長鏈產生架橋效應，使膠體絮凝。其他懸浮的顥粒也被吸附、包卷和捕集，并相互集結形成大的絮體，即“中和與架橋作用”。其沉降性好，脫色力強。由于廢水中的有機物或膠體的微粒表面帶負電荷，因此，陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑處理效果好。
由于廢水水質變化十分復雜，組成千差萬別，電荷性各不相同，處理效果也不盡相同。因此，實際應用中應先了解廢水水質，然后在此基礎上選擇合適的陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑，發揮絮凝劑的電荷中和作用與吸附架橋作用。其處理廢水的效果與其相對分子質量、陽離子度、加入量、攪拌時間等因素有關。
3、陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑的發展趨勢
絮凝劑作為精細化工產品中的一個重要門類，國內外都在開發價廉、無（或低）毒、無污染、一劑多效的產品上下功夫。在探索絮凝機理的基礎上，開發新型高效多功能的高分子絮凝劑及兼具絮凝、緩蝕殺菌等多種功能的合成高分子水處理劑，如季銨鹽型陽離子絮凝劑等一劑多效的水處理劑。此外，還要充分利用淀粉、木質素及蝦、蟹殼等天然高分子資源豐富的優勢，開發出更多高效、無毒、價廉的天然高分子改性陽離子型絮凝劑。
國外已開發出多種兼具絮凝、緩蝕、阻垢、殺菌等多功能的水處理劑，其中開發多功能陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑是其發展方向之一。如Gan等合成了季銨鹽類丙烯酰胺-天然高分子殼聚糖及絮凝劑，它們對造紙黑液中木質素（色度和總有機碳）的去除效果分別達到90%和70%。國內對絮凝、緩蝕等多功能水處理劑研究始于80年代中期。華南理工大學對陽離子型丙烯酰胺-天然高分子絮凝劑進行了系統研究（22-25），研制了一系列油田污水凈化處理用具有絮凝-緩蝕功能的水處理劑。另外，近年來國內進行了季銨鹽型聚丙烯酰胺共聚物合成方法的探索。
目前，我國陽離子高分子絮凝劑品種單一，除了聚丙烯酰胺的曼尼期反應產生的陽離子絮凝劑外，能真正工業化并具有工業潛力的水溶性陽離子高分子絮凝劑幾乎沒有。而曼尼期反應產生的陽離子絮凝劑由于毒性問題，不能用于水處理。因此，我國應致力開發無（或低）毒的丙烯酰胺與陽離子化單體共聚合物絮凝劑、天然高分子-丙烯酰胺接枝共聚合陽離子化的聚合物絮凝劑；開發具有多功能的陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑，使其不僅具有絮凝功能，而且還具有其他水質處理能力，以滿足復雜水質情況下多種水質要求的需要，使其在水處理中得到更廣泛的應用。
