高分子聚丙烯酰胺如何发生架桥作用

聚丙烯酰胺是水溶性的高分子聚合物，主要用于多种工业废水的絮凝沉降，沉淀澄清处理，由于其分子链中含有一定数量的极性基团，它能通过吸附水中悬浮的固体粒子，使粒子间架桥或通过电荷中和使粒子凝聚形成大的絮凝物，故可加速悬浮液中粒子的沉降，有非常明显的加快溶液澄清，促进过滤等效果。

聚丙烯酰胺在室温下是一种坚硬的玻璃状固体，其产品包括胶水和白色粉末、半透明的珠子和薄片等。这种材料如何发生架桥作用？以下是小编的整理：

聚丙烯酰胺曾被认为是简单的电中和。如果聚合物电解质和胶体的大离子电荷相反，就会互相下沉。然而，后来发现敏化或絮凝的作用不限于与胶体电荷相反的聚合物电解质。一些非离子聚合物甚至一些带相同电荷的聚合物电解质会使胶体敏化甚至絮凝。因此，电中和不是聚合物絮凝的原因。

目前普遍认为，当聚丙烯酰胺浓度较低时，吸附在一个颗粒表面的长聚合物分子可能同时吸附在另一个颗粒表面，两个或两个以上的颗粒通过“桥联”连接在一起产生絮凝，这就是聚合物絮凝的“桥联”机理。架桥的必要条件是粒子上有一个空白表面，如果溶液中的聚合物浓度较高，聚丙烯酰胺颗粒表面将被吸附的聚合物完全覆盖，颗粒不再因架桥而絮凝，因此聚合物可以保护作用。

聚丙烯酰胺的生产是以丙烯酰胺水溶液为原料，在引发剂的控制下进行聚合。反应后，将聚丙烯酰胺橡胶块切成切割，颗粒，干燥，粉碎即得产品。
使用聚丙烯酰胺，以前被认为是简单的电性中和作用。如高分子电解质的大离子与胶体所带的电荷相反，则能发生互相沉作用。但后来发现，起敏化或絮凝作用的并不***于电荷与胶体相反的高分子电解质，一些非离子型高分子，甚至某些带同号电荷的高分子电解质，对胶体也能起敏化甚至絮凝作用。因此电中和绝非高分子絮凝作用的惟一原因。
现在一般认为，在高分子物质浓度较低时，吸附在微粒表面上的高分子长链可能同时吸附在另一个微粒的表面上，通过“架桥”方式将两个或更多的微粒联在一起，从而导致絮凝，这就是发生高分子絮凝作用的“架桥”机理。架桥的必要条件是微粒上存在空白表面，倘若溶液中的高分子物质的浓度很大，微粒表面已***被所吸附的高分子物质所覆盖，则微粒不再会通过架桥而絮凝，此时高分子物质起的是保护作用。
由架桥机理知道，聚丙烯酰胺的分子要能同时吸附在两个微粒上，才能产生“架桥”作用，因此作为絮凝剂的高分子多是均聚物。它们的分子量和分子上的电荷密度对其作用有重要影响

聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺（AM）单体经自由基引发聚合而成的水溶性线性高分子聚合物，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的摩擦阻力，按离子特性分可分为非离子、阴离子、阳离子和两性型四种类型。聚丙烯酰胺作为絮凝剂的主要原理之一是吸附架桥作用，吸附架桥作用主要是指高分子物质与胶粒相互吸附，但胶粒与胶粒本身并不直接接触，而使胶粒凝聚为大的絮凝体，吸附架桥的作用原理如下图所示：





与其他高分凝聚剂的作用机理一样,聚丙烯酰胺PAM对水中分散体主要为吸附架桥作用和电中和作用:

1、吸附架桥作用
这是高分子聚合物所具有的特点,由于它们有很高的聚合度, 在水溶液中可形成很长的线形分,对固体颗粒有着强有力的吸附作用,这些作用来源于:范德华力、氢键力及静电引力,对聚丙烯酰胺PAM来讲,主要是靠氢键力。高分子凝聚剂就是借助这些力,对悬浮液中的颗粒迸行吸附的。聚丙烯酰胺PAM的分子可在液体中展开,,其各活性部位与悬浮颗粒吸附,在吸附的同时固体颗粒还可直接粘附在一起。这些与固体吸附的聚合分子又相互缠绕交联,形成复杂的聚集体

对于吸附架桥作用来讲,要求聚合物应有足够长的分子链。国产的聚丙烯酰胺PAM的分子量在80万~800万之间,其分子链展开长度为12x10 4~12x10 5mμ。一般认为在200mμ以上才能有效,但要发挥很好的吸附架桥作用, 则分子链要更一长些才好。絮凝的效果随着分子量的增加而提高, 但其溶解性能则随分子量的增加而变差。

2、电中和作用
各种微粒在水中形成的分散体系, 按粒径大小可分为: 真溶液(粒径<1mμ) , 胶体(粒径1~100mμ, 粗粒(粒径>100mμ), 在污水处理中常遇到的处理对象是胶体及粗粒。粗粒在溶液中可自然沉降, 而胶体则可长期保持其悬浮稳定状态。胶体为什么能保持悬浮稳定性,可用双电层模型解释。胶核微粒本身带有一定电性,由于其吸引带异电荷的反离子,使得靠近微粒表面处的反离子浓度高,随距离的增大,反离字浓度逐渐降低,形成双电层(即吸附层与扩散层)

扩散层的厚度远大于吸附层, 一般为吸附层的几十倍至数百倍, 所以尽管胶体微粒伺存在着相互的引力, 并在液体中不断地进行着布朗运动, 有着碰撞的机率, 但是由于扩散层的隔离作用, 使得微粒间所具有的引力达不到相互作用的距离, 不能产生凝聚现象。

扩散层为一不稳定层,随着胶团的不断运动及溶液中离子浓度的不同,其厚度亦在变化。吸附层则是一稳定层,它与原始电荷的电位差称ζ电位,ζ电位愈大标志着扩散层愈厚。要想脱除胶休的稳定性,可采用投加与微粒本身电荷相反的电解质, 达到降低二电位, 压缩双电层的作用, 使得微粒在运动过程中足以使其引力发挥有效作用距离,而产生凝聚现象。

以往的混凝过程大都采用高价金属离子, 近年来由于阳离子型的高分子凝聚剂的发展, 使得在中和电荷的作用中也发挥了显著效应。概括起来, 非离子聚丙烯酰胺和弱阴离子聚丙烯酰胺, 以吸附架桥作用为主, 而阳离子型的则兼有中和电荷的作用。