聚丙烯酰胺的主要化学性质有哪些？

聚丙烯酰胺是一种由丙烯酰胺单体通过聚合反应生成的高分子聚合物，其分子链上可引入不同功能基团（如阴离子羧基、阳离子季铵基、非离子酰胺基），从而赋予其特的化学性质。PAM的化学性质直接影响其在水处理、石油开采、造纸、采矿等区域的应用效果。

聚丙烯酰胺的分子结构由线性或轻度交联的碳链骨架和功能基团组成，其化学性质与分子量、链构象及基团分布密切相关。

一、分子量与链长

1、范围：工业级PAM的分子量通常为500万-2500万Da，实验室合成产品可达数千万Da。

2、影响：

高分子量PAM（>1500万Da）具有不错的吸附架桥和网捕卷扫能力，适用于污泥脱水和高浊度水处理。

低分子量PAM（<500万Da）溶解性良好，但絮凝速率较低，常用于分子修饰或助剂。

二、链构象与柔韧性

1、无规线团构象：PAM分子链在水中呈无规卷曲状态，酰胺基团通过氢键与水分子结合，形成水合层。

2、柔韧性调控：

引入刚性基团（如苯环）可降低链柔韧性，提升抗剪切能力。

轻度交联（如添加N,N'-亚甲基双丙烯酰胺）可形成三维网状结构，适用于吸水树脂或凝胶材料。

三、基团分布与活性

1、均匀分布：均聚PAM的酰胺基团沿链均匀分布，提供良好的亲水性和吸附能力。

2、嵌段或接枝共聚：通过共聚引入其他单体（如丙烯酸、甲基丙烯酰氧乙基3-K基氯化铵），可实现功能基团的区域化分布，增强靶向性（如选择性吸附重金属离子）。

聚丙烯酰胺的溶解性是其应用的前提，受分子量、离子度、温度及水质影响明显。

一、溶解规律

溶解速度：非离子PAM（NPAM）溶解快（<30分钟），阳离子PAM（CPAM）次之（1-2小时），阴离子PAM（APAM）慢（2-4小时）。

二、溶解条件：

温度：佳溶解温度为40-60℃，过高（>80℃）会导致酰胺基水解，生成羧基（—COOH），降低溶解性。

搅拌速率：需控制在100-200rpm，避免搅拌（>300rpm）导致分子链断裂。

三、水合机制

氢键作用：酰胺基团与水分子形成氢键，使PAM分子链高度水合，形成黏稠溶液。

离子水合：阴离子型PAM的羧基或阳离子型PAM的季铵基团通过静电作用吸引水合离子，进一步增强水合能力。

四、溶解度限制

浓度上限：PAM水溶液的浓度通常不超过0.5%（质量分数），浓度较高（>1%）易形成“鱼眼”或凝胶块，难以全部溶解。

水质影响：硬水中的钙镁离子会与PAM的羧基形成沉淀，降低溶解性，需预处理水质（如添加螯合剂）。

聚丙烯酰胺的电荷性质由功能基团决定，直接影响其吸附、絮凝及与污染物的相互作用。

一、离子类型与电荷密度

1、非离子型（NPAM）：仅含酰胺基团，电荷密度接近零，主要通过范德华力和氢键吸附颗粒。

2、阴离子型（APAM）：通过水解或共聚引入羧基（—COO），电荷密度为10%-40%（摩尔分数），适用于吸附带正电的悬浮物（如金属氢氧化物）。

3、阳离子型（CPAM）：引入季铵基团（—N（CH）Cl），电荷密度为5%-50%，可中和带负电的颗粒（如黏土、病菌）。

二、等电点与Zeta电位

1、等电点（IEP）：PAM的IEP通常在pH2-4之间，低于此pH时，酰胺基团质子化带正电；高于此pH时，去质子化或水解带负电。

2、Zeta电位调控：在pH7时，APAM的Zeta电位为-30至-50mV，CPAM为+20至+40mV，可通过调节pH改变电荷性质。

三、电荷屏蔽效应

高盐浓度影响：在1MNaCl溶液中，PAM的电荷密度降低50%以上，导致絮凝速率下降，需增加投加量或改用不怕盐型PAM。