我國是世界聚丙烯酰胺消費(fèi)的大國,2008年全球聚丙烯酰胺消費(fèi)量約為84×104t。其中,中國消費(fèi)量約為33×104t,約占總消費(fèi)量的38%,是世界較大的聚丙烯酰胺消費(fèi)國;美國、西歐、日本、亞太(不含中國、日本)的消費(fèi)比例分別為22%、15%、13%和8%。水處理和造紙業(yè)是世界(除中國)聚丙烯酰胺的主要消費(fèi)領(lǐng)域,合計(jì)占聚丙烯酰胺總消費(fèi)量的80%。
目前,我國有陰離子型聚丙烯酰胺生產(chǎn)企業(yè)40多家,產(chǎn)能在1×104t/a以上的廠家有6家,合計(jì)產(chǎn)能約占國內(nèi)總產(chǎn)能的80%以上。其中,大慶煉化公司年產(chǎn)能達(dá)到15×104t,一舉成為世界較大的聚丙烯酰胺生產(chǎn)基地。國內(nèi)陽離子型聚丙烯酰胺的市場(chǎng)規(guī)模和產(chǎn)能均較小,普遍存在產(chǎn)品單一、技術(shù)不成熟、質(zhì)量不穩(wěn)定等情況,未達(dá)到規(guī)模化生產(chǎn),產(chǎn)品競爭主要集中于低端市場(chǎng),優(yōu)良產(chǎn)品還需進(jìn)口。2008年我國陽離子型聚丙烯酰胺消費(fèi)量約為6.91×104t,其中國內(nèi)產(chǎn)量為4.45×104t,進(jìn)口量為2.46×104t。
我國聚丙烯酰胺主要用在石油開采、水處理和造紙行業(yè)。由于我國聚丙烯酰胺生產(chǎn)起步較晚,聚丙烯酰胺行業(yè)整體水平落后于國際同行業(yè),特別是陽離子型聚丙烯酰胺因其生產(chǎn)方法與陰離子型聚丙烯酰胺有所不同,技術(shù)難度更高。目前國內(nèi)陽離子型聚丙烯酰胺產(chǎn)品的相對(duì)分子質(zhì)量通常只能達(dá)到500×104左右,難以滿足工業(yè)發(fā)展的需求,因而每年需從國外大量進(jìn)口。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),我國每年從國外進(jìn)口相對(duì)分子質(zhì)量高的陽離子聚丙烯酰胺約為6000t以上(相對(duì)分子質(zhì)量小于1000×104)。
陽離子型聚丙烯酰胺作為絮凝劑,主要應(yīng)用于工業(yè)上的固液分離過程,包括沉降、澄清、濃縮及污泥水等工藝,應(yīng)用的主要行業(yè)有:城市污水處理、造紙工業(yè)、食品加工業(yè)、石化、冶金、選礦、染色和制糖工業(yè)等行業(yè)的廢水處理。用在城市污水及肉類、禽類、食品加工廢水處理過程中的污泥沉淀及污泥脫水。通過其所含的正電荷基團(tuán)對(duì)污泥中的負(fù)電荷有機(jī)膠體進(jìn)行電性中和作用及高分子優(yōu)異的架橋凝聚功能,促使膠體顆粒聚集成大塊絮狀物,從其懸浮液中分離出來,效果明顯,投加量少。
科研人員在總結(jié)國內(nèi)外聚丙烯酰胺先進(jìn)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,開發(fā)研制成功了新一代高分子陽離子聚丙烯酰胺生產(chǎn)技術(shù)。該技術(shù)填補(bǔ)了國內(nèi)高相對(duì)分子質(zhì)量陽離子型聚丙烯酰胺生產(chǎn)的空白,在國內(nèi)外均處于先進(jìn)水平,該陽離子型聚丙烯酰胺完全可替代進(jìn)口產(chǎn)品。利用該技術(shù)生產(chǎn)的陽離子型聚丙烯酰胺UL黏度可達(dá)4.0(相當(dāng)于相對(duì)分子質(zhì)量為1200×104)以上,陽離子度可在1%-80%范圍內(nèi)任意調(diào)控。
聚丙烯酰胺雖然對(duì)水的表面張力作用很小,但分子中有活性基團(tuán),吸附于界面之后,能改變界面狀態(tài),聚丙烯酰胺具有良好的熱穩(wěn)定性,溶于水,不溶于除醋酸、丙酸氯代乙酸、丙烯酸、乙二醇、甘油之外的其他溶劑。在210℃、無氧條件下,聚丙烯酰胺的酰基脫水轉(zhuǎn)變成腈基,在500℃時(shí)炭化為黑色粉末。作為一類重要的絮凝劑、增稠劑、減阻劑、鉆井液處理劑、表面活性劑、土壤改良劑、水土保失劑、種子包衣劑、紙力增強(qiáng)劑等而廣泛用于石油開采、水處理、紡織、造紙、選礦、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等行業(yè),有百業(yè)助劑之稱,見圖5-1。
在石油開采方面,聚丙烯酰胺具有增稠、絮凝和對(duì)流體變性的調(diào)節(jié)作用??捎米縻@井液的增稠劑、穩(wěn)定劑和沉降絮凝劑。將聚丙烯酰胺加入鉆井液中,可以增加鉆井液的稠度,提高懸浮力,使鉆井液分散均勻,控制失水,增加穩(wěn)定性,降低摩阻,提高固井速度;在三次采油中加入聚丙烯酰胺,可增加驅(qū)油能力,避免擊穿油層,提高油床開釆收率;聚丙烯酰胺用作壓裂液添加劑,可以增加黏度,提高懸砂能力,降低濾失,減少摩阻;還可用作水油比例控制劑、緩速劑、暫堵劑等。
在水處理中,聚丙烯酰胺絮凝劑,可用于城市污水、生活污水、工業(yè)廢水等處理以及各種地下水和工業(yè)懸浮液的固液分離。
在紡織工業(yè)中,聚丙烯酰胺作為織物后處理的上色劑、整理劑,可以生成柔順、防皺、耐真菌的保護(hù)層;利用它的吸濕性強(qiáng)的特點(diǎn),能降低紡細(xì)紗時(shí)的斷線率。
在造紙中,添加在聚合過程中控制不同的工藝條件或?qū)氩煌墓倌芑鶊F(tuán)的中等相對(duì)分子質(zhì)量,即平均相對(duì)分子質(zhì)量為(100-400)×104的聚丙烯酰胺產(chǎn)品,可以增加紙纖維間的結(jié)合力,即增加紙張的干撕裂強(qiáng)度、改善施膠度、加快紙張?jiān)诰W(wǎng)部的濾水性,增加短纖維和填料,特別是微顆粒填料(如鈦白粉)的保留率,加快“白水”中懸浮物的沉降速度還可沉淀污水、減少污染。
在電解冶金中,添加聚丙烯酰胺,可改善金屬在陰極沉積的質(zhì)量,并增加電流效率。
在采礦、洗煤中,采用聚丙烯酰胺作絮凝劑,可促進(jìn)固體沉降,使水澄清,同時(shí)可回收大量有用的固體顆粒,避免對(duì)環(huán)境造成污染;用做印染助劑時(shí),可使產(chǎn)品附著牢度大,鮮艷度高。
在制糖業(yè),聚丙烯酰胺可加速蔗汁中細(xì)粒子的下沉,促進(jìn)過濾性能和提高濾液清澈度。
在養(yǎng)殖業(yè)中,聚丙烯酰胺可改善水質(zhì),增加水的透光性能,從而改善水的光合作用。
此外,聚丙烯酰胺還可以用作隧道、水壩等工程堵水固沙的化學(xué)灌漿和水下、地下建筑物的防腐劑,還可用作土壤改良劑、纖維改性劑、黏結(jié)劑、光敏樹脂交聯(lián)劑等。