毕业论文
题 目：聚丙烯酰胺的工业应用
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学 号： 20*******
院 系： 河北北方学院
专 业： 化 学
年 级： 2008级1班
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二 O一二年六月
聚丙烯酰胺的工业应用
王芳芳 河北北方学院理学院化学系化学专业
摘要：聚丙烯酰胺作为一种高分子化合物，在工业生产中的应用越来越广泛。在石油开采中用作驱油剂和钻井泥浆调节剂；在水处理中用作絮凝剂；在造纸领域用作助留剂、助滤剂；在纺织印染领域用作后处理剂，以及在其他领域都有广泛应用。
关键词：聚丙烯酰胺；驱油剂；絮凝剂
The industrial application of polyacrymide
Fangfang-Wang
Department of Chemistry,College of Science ,Hebei North University
Abstract:Polyacrylamide as a macromolecular compound ,it had extensive application in
industrial production. In oil exploration it is used as oil displacement agent and drilling mud in water treatment agent ,used as a flocculant in papermaking industry, as retention agent ,filter aid, in the field of textile used as treating agent,as well as in other fields have wide range of applications.
Key words: polyacrylamide; oil displacement；drilling mud
1聚丙烯酰胺的性质
聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，简称PMA）是由丙烯酰胺单体聚合而成的有机高分子聚合物。PAM是一种无、无臭、无味，没有腐蚀性的物质。在常温下比较稳定，高温冰冻时易降解。
聚丙烯酰胺的分子结构为：
聚丙烯酰胺水溶液的粘度随聚合物相对分子质量的增加明显变粘。由于聚丙烯酰胺结构单元中含有酰胺基以及易与其他化合物形成氢键，使其具有良好的水溶性和很高的化学活性。在醋酸、丙烯酸、氯代乙酸、乙二醇、甘油、乳酸等少数溶剂中溶解1%左右，几乎不溶于其他的有机溶剂。在210℃、无氧条件下，聚丙烯酰胺的酰胺基脱水转变成腈基，500℃炭化为黑的粉末。 聚丙烯酰胺产品按其纯度来分，有粉剂和胶体两种：粉剂产品为白或黄颗粒或粉末，固体含量在90%以上易运输，受到用户欢迎；胶体产品为无或微黄透明胶体，固体含量为8%～9%，不易运输，使用也不方便。聚丙烯酰胺产品按其离子型来分，有阳离子型、阴离子型、和非离子型3种。阳离子型一般都含有微量毒性，不适宜在给排水工程中使用，所以我们接触到的水处理剂聚丙烯酰胺均属于阴离子型或非离子型。 表1 聚丙烯酰胺的物理性质
名称 物理性质 |
非离子型聚丙烯酰胺 为大分子链上不含离子基团，但酰胺基与许多物质，如粘土、 纤维素等能产生氢键，因吸附架桥而絮凝 阳离子型聚丙烯酰胺 其水溶液是高分子电解质，带有正电荷，对悬浮的有机胶体和有机化合物可有效地凝聚，并能强化固液分离过程 阴离子型聚丙烯酰胺 在中性和碱性介质中呈高聚物电解质的特征，对盐类电解质敏感，与高价金属离子能练成不溶性凝胶体 |
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2聚丙烯酰胺的应用
聚丙烯酰胺在水处理领域应用广泛，包括原水处理、污水处理、工业水处理、城市生活污水处理等，目前仍然是我国内外水处理领域使用最大的水处理剂。在我国，聚丙烯酰胺的应用主要集中在石油开采、水处理、造纸、纺织印染等领域。
表2 国内聚丙烯酰胺的消费结构
领域 采油工业 水处理 造纸 其他 |
需求量 80% 9% 5% 6% |
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国外聚丙烯酰胺的主要消费领域是水处理和造纸。
李旭爽 表3 国外聚丙烯酰胺的消费结构
领域 水处理 造纸 采油工业 其他 |
需求量 44% 20% 13% 23% |
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各国的消费结构有所不同。美国和西欧聚丙烯酰胺的最大消费领域是水处理。因此，聚丙烯酰胺在水处理方面的应用在我国将会有非常广阔的前景。
2.1石油开采领域
2.1.1 用作驱油剂
在石油开采中，聚丙烯酰胺是一种多功能的油田化学处理剂，主要用于钻井泥浆材料以及提高采油率等方面，广泛用于钻井、完井、固井、修井、压裂等油田采作业中。无论是采用胶束—聚合物驱油还是用聚合物驱油，都需要大量使用PAM系聚合物。聚丙烯酰胺水溶液具有较高的粘度，有较好的增稠、絮凝和流变调节作用，在石油开采中用作驱油剂和钻井泥浆调节剂。在石油开采中后期，为提高原油采收率，通过注入聚丙烯酰胺水溶液，改善油水流速比，降低地层中水相渗透率，使水油能匀速地向前流动，使采出物中原油含量提高。 我国国内的注聚采油技术在20世纪90年代发展很快。其中大庆油田、胜利油田等大型油田已形成注聚采油的规模生产，2003年大庆油田聚合物驱油生产原油已达到1000万吨以上。目前，我国大型油田三次采油已成为聚丙烯酰胺的最大应用领域。
2.1.2 湍流模型用作堵水调剖剂
在石油开采过程中，由于底层的非均质性，常产生水浸问题，需要进行堵水。其实质是改变水在地层中的渗流状态，以达到减少油田产水，提高油田最终采收率的目的。聚丙烯酰胺水溶液的粘度随相对分子质量的增加明显变粘，因此用作堵水剂时要视地层类型选择合适的PAM分子量。均质性好、平均渗透率高的油层，可选用中度分子量（5×10～7×10）的PAM；基岩渗透率低的裂缝性油层或渗透率变化大的油层，可选用高分子量（1.0×10）的PAM。在使用时可不交联使用，也可与铝盐、铬盐等交联生成凝胶使用，还可以添加某些树脂以形成互容聚合物网络，使之具有更高的耐温性。
三士道
2.1.3用作钻井液调整剂
蝉式 作为钻井液调整剂，经常使用的是部分水解聚丙烯酰胺。其作用是调节钻井液的流变性，携带岩屑，润滑钻头，减少流体损失等。用PAM调制的钻井泥浆比重低，固含量少，减少对油气层的压力和堵塞。此外，还可大大减少卡钻故事，减轻设备磨损，防止发生井漏和塌陷。阴离子聚丙烯酰胺与FeCl配合使用在钻井废水处理中具有很好的使用效果。
2.2 水处理领域
看穿食品包装上的噱头
聚丙烯酰胺可以通过化学反应转化或共聚变成含有阴、阳、非、两性离子的完整絮凝体。聚丙烯酰胺在NaOH等碱类作用下，极易起水解反应，使部分聚丙烯酰胺生成聚丙烯酸钠。由于RCOO-(羟基)的作用，使聚丙烯酰胺水解成阴离子型高分子絮凝剂，而不水解的聚丙烯酰胺为非离子型高分子絮凝剂。在RCOO-（羟基）基团的离子静电斥力作用下，同电荷颗粒之间由异电荷胶体连在一起，也称为异电荷胶体互凝现象，使聚丙烯酰胺主链上呈卷曲状的分子链展开拉长，增加其吸附面积，提高架桥能力，所以部分水解体的聚丙烯酰胺的絮凝效果要优于非离子型聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺基团可与许多物质亲和形成氢键，高分子聚丙烯酰胺在被吸附的粒子间形成“桥联”，使颗粒形成聚集体而沉降，使污水得到净化。
阳离子聚丙烯酰胺的调质作用机理：
1、电中和作用。污泥颗粒本身带负电荷，相互之间存在斥力，在污泥中加入与胶体带相反电荷的聚电解质，可降低粒子的§电位，使粒子相互吸引形成絮团。
2、去水化作用。将亲水胶体转变为憎水胶体，这是污泥调制的关键。污泥胶体与高分子间发生活性反应或形成络合物，产生不溶性产物，从而实现絮凝。
3、吸附作用。主要以吸附架桥和表面吸附为主。吸附架桥作用包括2种情形：第一，高分子絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺的活性基团所产生的氢键吸附作用；第二：同电荷污泥颗粒之间，由于异电荷胶体连在一起，也称为异电荷胶体互凝现象。阳离子聚丙烯酰胺高分子絮凝剂对污泥的调制作用，是通过上述三种作用机理达到水质净化的目的。
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