選擇性絮凝劑

有機高分子絮凝劑出現(xiàn)于20世紀50年代，它們應用前途廣闊，發(fā)展非常迅速。已用于給水凈化，水/油體系破乳，含油廢水處理，廢水再資源化及污泥脫水等方面;還可用作油田開發(fā)過程的泥漿處理劑，選擇性堵水劑，注水增稠劑，紡織印染過程的柔軟劑，靜電防止劑及通用的殺菌、消毒劑等。

種類和性質

有機高分子絮凝劑有天然高分子和合成高分子兩大類。從化學結構上可以分為以下3種類型:(1)聚胺型-低分子量陽離子型電解質;(2)季銨型-分子量變化范圍大，并具有較高的陽離子性;(3)丙烯酰胺的共聚物-分子量較高，可以幾十萬到幾百萬、幾千萬，均以乳狀或粉狀的劑型出售，使用上較不方便，但絮凝性能好。根據(jù)含有不同的官能團離解后粒子的帶電情況可以分為陽離子型、陰離子型、非離子型3大類。有機高分子絮凝劑大分子中可以帶-COO-、-NH-、-SO3、-OH等親水基團，具有鏈狀、環(huán)狀等多種結構。因其活性基團多，分子量高，具有用量少，浮渣產量少，絮凝能力強，絮體容易分離，除油及除懸浮物效果好等特點，在處理煉油廢水。

非離子型有機高分子絮凝劑

非離子型有機高分子絮凝劑主要是聚丙烯酰胺。它由丙烯酰胺聚合而得。

陰離子型有機高分子絮凝劑

(1)陰離子型有機高分子絮凝劑主要有聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鈣以及聚丙烯酰胺的加堿水解物等聚合物。

(2)丙烯酰胺和苯乙烯磺酸鹽、木質磺酸鹽、丙烯酸、甲基丙烯酸等共聚物。

陽離子型有機高分子絮凝劑

2.4.1季銨化的聚丙烯酰胺

季銨化的聚丙烯酰胺陽離子均是將-NH2經(jīng)過羥甲基化和季銨化而得，可以分為聚丙烯酰胺陽離子化和陽離子化丙烯酰胺聚合。

(1)由聚丙烯酰胺季銨化

聚丙烯酰胺(PAM)先與甲醛水溶液反應，酰胺基部分羥甲基化，其次與仲胺反應進行烷胺基化，然后與鹽酸或胺基化試劑反應使叔胺季銨化。

(2)由季銨化的丙烯酰胺聚合

在堿性條件下，先由丙烯酰胺與甲醛水溶液反應，然后與二甲胺反應，冷卻后加鹽酸季銨化。產物經(jīng)蒸發(fā)濃縮、過濾，得季銨化丙烯酰胺單體。

聚丙烯酰胺的陽離子衍生物

這類產品多是由丙烯酰胺與陽離子單體共聚合得到的。

兩性聚丙烯酰胺聚合物

以部分水解聚丙烯酰胺加入適量甲醛和二甲胺，通過曼尼茲反應合成出具有羧基和胺甲基的兩性型聚丙烯酰胺絮凝劑。

丙烯酰胺接枝共聚物

因為淀粉價廉來源豐富，其本身也是高分子化合物，它具有親水的剛性鏈，以這種剛性鏈為骨架，接上柔性的聚丙烯酰胺支鏈，這種剛柔相濟的網(wǎng)狀大分子除了保持原聚丙烯酰胺的功能之外，還具有某些更為優(yōu)異的性能。

由于大多數(shù)有機高分子絮凝劑本身或其水解、降解產物有毒，且合成用丙烯酰胺單體有毒，能麻醉人的中樞神經(jīng)，應用領域受到一定限制，迫使絮凝劑向廉價實用、無毒高效的方向發(fā)展。

聚丙烯酰胺絮凝劑為水溶性高分子聚合物，不溶于大多數(shù)有機溶劑，具有良好的絮凝性，可以降低液體之間的磨擦阻力，按離子特性分可分為非離子、陰離子、陽離子和兩性型四種類型。

聚丙烯酰胺絮凝劑廣泛應用于增稠、穩(wěn)定膠體、減阻、粘結、成膜、生物醫(yī)學材料等方面。水處理中作助凝劑、絮凝劑、污泥脫水劑。石油鉆采中作降水劑，驅油劑。在造紙過程中作助留劑，補強劑。

聚丙烯酰胺絮凝劑溶解時,應注意將產品均勻的慢慢地加入帶攪拌和加熱措施的溶解器中,應避免結固,溶液在適宜溫度下配制,并應避免長時間過劇的機械剪切.建議攪拌器60-200轉/min,否則會導致聚合物降解,影響使用效果.

聚丙烯酰胺絮凝劑在廢水處理中的絮凝作用是由于它的兩個特點: 長鏈(線)狀的分子結構和聚丙烯酰胺分子中含有大量活性基團。聚丙烯酰胺是直鏈狀聚合物，因每個分子是由十萬個以上的單體聚合構成，分子鏈相當長。它如果完全伸直，其長度要比一般的分子 (如蔗糖)或離子(如ca2+)長數(shù)萬倍以上。由于它的分子長而細，會彎曲或卷曲成不規(guī)則的曲線形狀。這個長分子鏈向外側伸出許多化學活性基團:酰胺基-conh2及羧基-cooˉ。酰胺基是非離子性基團，但亦善于形成副價鍵而與其它物質的活性基團吸附并連結起來。由于聚丙烯酰胺分子長而細并有許多化學活性基團，它們能和沉淀微粒產生很多連接而形成較大的絮凝物，這些絮凝物的結構就象棉絮那樣，松散、無定形，互相連結但不很穩(wěn)固，內部有很多空間和很多微細的網(wǎng)絡，包藏著大量液體，因而絮凝物的比重頗接近它所存在的液體本身。絮凝物中還網(wǎng)絡了各種各樣的微粒，這就將各種不同成分、不同性質、不同大小的微粒集合在一起。因此，良好的絮凝劑處理能將溶液中原有的微粒完全網(wǎng)絡除去，使溶液顯得特別清亮透明和有光澤。由于絮凝物的尺寸較大，它的沉降和過濾都比較快。聚丙烯酰胺絮凝劑與廢水中膠體的絮凝作用是通過化學吸附和物理網(wǎng)絡這兩種形式產生的。根據(jù)上述機理可知，分子量較高、分子較長的聚丙烯酰胺，能吸附較多的微粒，形成網(wǎng)絡的能力較強，故絮凝效能較好。同理，聚丙烯酰胺分子中羧基的比例適當也很重要，因廢水中的膠體多數(shù)帶負電，聚丙烯酰胺需要有適量的羧基通過鈣離子架橋與它作用。但如果羧基含量太多，聚丙烯酰胺分子本身負電過強，本身分子之間的相斥力過大，也不利于絮凝作用。聚丙烯酰胺(PAM)的種類分為陰離子、陽離子、非離子、兩性離子型，在廢水處理中，聚丙烯酰胺絮凝劑用來提高水處理過程中沉降、澄清、過濾、離心等工藝的效率。

新型PAM工藝:

聚丙烯酰胺采用光聚絕熱聚合后水解工藝，具有獨特的創(chuàng)新性.水溶性好，絮凝效果好，規(guī)格齊全，聚丙烯酰胺年產量逾千噸，滿足廣大客戶需求。聚丙烯酰胺簡稱PAM，分為:陰離子聚丙烯酰胺，陽離子聚丙烯酰胺，兩性離子聚丙烯酰胺，主要用城市、工業(yè)污水處理、油田、造紙業(yè)、金屬礦業(yè)、洗煤、紡織印染、皮革廠等行業(yè)，凈水產品，投加量少，效果顯著，價格合理，快速達到污水處理效果。

聚丙烯酰胺絮凝劑為水溶性高分子聚合物，不溶于大多數(shù)有機溶劑，具有良好的絮凝性，可以降低液體之間的磨擦阻力，按離子特性分可分為非離子、陰離子、陽離子和兩性型四種類型。

聚丙烯酰胺絮凝劑廣泛應用于增稠、穩(wěn)定膠體、減阻、粘結、成膜、生物醫(yī)學材料等方面。水處理中作助凝劑、絮凝劑、污泥脫水劑。石油鉆采中作降水劑，驅油劑。在造紙過程中作助留劑，補強劑。

聚丙烯酰胺絮凝劑溶解時,應注意將產品均勻的慢慢地加入帶攪拌和加熱措施的溶解器中,應避免結固,溶液在適宜溫度下配制,并應避免長時間過劇的機械剪切.建議攪拌器60-200轉/min,否則會導致聚合物降解,影響使用效果.

聚丙烯酰胺絮凝劑在廢水處理中的絮凝作用是由于它的兩個特點: 長鏈(線)狀的分子結構和聚丙烯酰胺分子中含有大量活性基團。聚丙烯酰胺是直鏈狀聚合物，因每個分子是由十萬個以上的單體聚合構成，分子鏈相當長。它如果完全伸直，其長度要比一般的分子 (如蔗糖)或離子(如ca2+)長數(shù)萬倍以上。由于它的分子長而細，會彎曲或卷曲成不規(guī)則的曲線形狀。這個長分子鏈向外側伸出許多化學活性基團:酰胺基-conh2及羧基-cooˉ。酰胺基是非離子性基團，但亦善于形成副價鍵而與其它物質的活性基團吸附并連結起來。由于聚丙烯酰胺分子長而細并有許多化學活性基團，它們能和沉淀微粒產生很多連接而形成較大的絮凝物，這些絮凝物的結構就象棉絮那樣，松散、無定形，互相連結但不很穩(wěn)固，內部有很多空間和很多微細的網(wǎng)絡，包藏著大量液體，因而絮凝物的比重頗接近它所存在的液體本身。絮凝物中還網(wǎng)絡了各種各樣的微粒，這就將各種不同成分、不同性質、不同大小的微粒集合在一起。因此，良好的絮凝劑處理能將溶液中原有的微粒完全網(wǎng)絡除去，使溶液顯得特別清亮透明和有光澤。由于絮凝物的尺寸較大，它的沉降和過濾都比較快。聚丙烯酰胺絮凝劑與廢水中膠體的絮凝作用是通過化學吸附和物理網(wǎng)絡這兩種形式產生的。根據(jù)上述機理可知，分子量較高、分子較長的聚丙烯酰胺，能吸附較多的微粒，形成網(wǎng)絡的能力較強，故絮凝效能較好。同理，聚丙烯酰胺分子中羧基的比例適當也很重要，因廢水中的膠體多數(shù)帶負電，聚丙烯酰胺需要有適量的羧基通過鈣離子架橋與它作用。但如果羧基含量太多，聚丙烯酰胺分子本身負電過強，本身分子之間的相斥力過大，也不利于絮凝作用。聚丙烯酰胺(PAM)的種類分為陰離子、陽離子、非離子、兩性離子型，在廢水處理中，聚丙烯酰胺絮凝劑用來提高水處理過程中沉降、澄清、過濾、離心等工藝的效率。

新型PAM工藝:

聚丙烯酰胺采用光聚絕熱聚合后水解工藝，具有獨特的創(chuàng)新性.水溶性好，絮凝效果好，規(guī)格齊全，聚丙烯酰胺年產量逾千噸，滿足廣大客戶需求。聚丙烯酰胺簡稱PAM，分為:陰離子聚丙烯酰胺，陽離子聚丙烯酰胺，兩性離子聚丙烯酰胺，主要用城市、工業(yè)污水處理、油田、造紙業(yè)、金屬礦業(yè)、洗煤、紡織印染、皮革廠等行業(yè)，凈水產品，投加量少，效果顯著，價格合理，快速達到污水處理效果。

一、聚丙烯酰胺絮凝劑在三次采油中的應用

聚丙烯酰胺絮凝劑的增稠、絮凝和對流體的流變性調節(jié)的作用所具備的性能使得它在石油開采中充 當了重要的角色。它廣泛地被用于鉆井、堵水、酸化水、壓裂、洗井、完井、減阻、防垢和 驅油等方面?？偟膩碚f，使用聚丙烯酰胺絮凝劑是為了提高石油的開采率(EOR)。特別是許多油田已 進入二次、三次開采，油藏深度一般都在1000m以上，有的油藏深度達7000m，地層的非 均質性以及海上油田給采油作業(yè)提出了更加苛刻的條件，深層采油和海上采油相應地也給 PAM提出了新的要求，要求它耐剪力，耐高溫(100℃以上直至200℃)，耐鈣離子、鎂離子 ，耐海水降解。

自20世紀80年代以來，國外對適用于采油的PAM的基礎研究和制備、應用研究以及 品種開發(fā)各方面均取得了很大進展。

美國菲利浦石油公司(Phillips Petroleum Co.)專家阿罕默德M.A.和彼得H.D，對 PAM在高溫高鹽礦化水中的研究結果表明:

(1)在礦化度很低(<20×10-6)時，無論濃度、水解度及相對分子質量大小如何， PAM水溶液的濁點均在204℃以上;二價陽離子濃度稍有增加，濁點即大大降低，水解度 越高，濁點降低越明顯;

(3)在等摩爾水平上比較，鈣離子降低濁點的作用大于鎂離子，Sr離子和Ba離子;

(4)二價陽離子濃度大于等于100×10娟時，水解度是決定聚丙烯酰胺絮凝劑溶液濁點的關鍵參數(shù);

(5)相對分子質量和濃度也影響溶液濁點，但相對于水解度而言是次要因素;

(6)聚丙烯酰胺絮凝劑水解后溶液濁點降低，水解是一平衡過程，水解平衡值隨溫度而不同;

(7)在溫度小于75℃時，聚丙烯酰胺絮凝劑在任何礦化度的水溶液中均穩(wěn)定，超過75℃后，隨溫度 升高，沉淀物形成加快，降低水的礦化度可延長穩(wěn)定時間，但要求的礦化度往往低于油田水 實際礦化度。

二、用作堵水調整劑

在油田生產過程中，由于地層的非均質性，常產生水浸問題，需要進行堵水，其實質是 改變水在地層中的滲流狀態(tài)，以達到減少油田產水、保持地層能量、提高油田最終采收率的 目的。聚丙烯酰胺絮凝劑類化學堵水劑具有對油和水的滲透能力的選擇性，對油的滲透性降低最高 可超過10%，而對水的滲透性減少可超過90%。選擇性堵水這一特點是其他堵水劑所沒有 的，通常按地層類型選擇合適的聚丙烯酰胺相對分子質量。均質性好、平均滲透率高的油 層，可選用中相對分子質量((500~。700)×10。)的聚丙烯酰胺絮凝劑;基巖滲透率低的裂縫性油層或滲透率變化大的油層，可選用高相對分子質量(1000×10。以上)的聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺在使用時可不交聯(lián)使用，但可與鋁鹽、鉻鹽、鋯鹽等交聯(lián)生成凝膠使用，還可添加某些樹脂以形成互容聚合物網(wǎng)絡，使之具有更高的耐溫性。該方法已在國內碳酸鹽底水油藏高含水油田堵水中應用，取得明顯效果。采用聚丙烯酰胺還可調整地層內吸水剖面及封堵大孔道，實踐中已取得良好效果。

我國各油田在使用聚丙烯酰胺絮凝劑方面都做了大量試驗。油田用平均相對分子質量為(300 ~350)×10'，水解度為10%~15%的聚丙烯酰胺，在油井堵水上獲得良好效果。采用水解度為30%，相對分子質量為400×10。的聚丙烯酰胺絮凝劑在地質鉆探上，起到了維護孔壁穩(wěn)定，防止鉆孔滲漏的作用。采用水解度為30%的聚丙烯酰胺絮凝劑作鉆井液處理劑，降低了鉆井液的滲透速度，提高了鉆孑L速度，縮短了鉆井液的攪拌時間，因而減少鉆井液攪拌和臺數(shù)，提高黏土造漿率達30%~50%，。有時，在堵水中需使用部分交聯(lián)的聚丙烯酰胺。為了提高堵水出油的選擇性，交聯(lián)度要盡量低些。聚丙烯酰胺絮凝劑的相對分子質量通常在(300-500)×10。之間，相對分子質量的選擇以孔隙結構的滲透率為依據(jù)。滲透率大于1D的堵層，聚合物相對分子質量以300×10。左右為宜。滲透率更高時，叮用(500~800)×10。的聚丙烯酰胺。水解度也和堵層巖石的性質有關，灰?guī)r吸附能力強，水解度應高些，約為20%~30%，砂巖吸附能力低，水解度為5%~20%。

三、用作鉆井液調整劑和壓裂液添加劑

作為鉆井液調整劑，經(jīng)常使用部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)，它由聚丙烯酰胺水解而得。其作用是調節(jié)鉆井液的流變性，攜帶巖屑，潤滑鉆頭，減少流體損失等。用聚丙烯酰胺調制的鉆井液比重低，可減輕對油氣層的壓力和堵塞，容易發(fā)現(xiàn)油氣層，并有利于鉆井，鉆井速度比常規(guī)鉆井液高19%，比機械鉆速高45%左右。此外，還可大大減少卡鉆事故，減輕設備磨損，并能防止發(fā)生井漏和坍塌。

壓裂工藝是油田開發(fā)致密層的重要增產措施。亞甲基聚丙烯酰胺交聯(lián)而成的壓裂液，因具有高黏度，低摩阻、良好的懸砂能力、濾失性小、黏度穩(wěn)定性好、殘渣少、貨源廣、配制方便和成本低而被廣泛應用。

在壓裂和酸化處理中，將聚丙烯酰胺絮凝劑配制成濃度為0.01%~4%的水溶液，泵入井下地層，使地層斷裂。聚丙烯酰胺絮凝劑水溶液具有增稠攜砂、降低壓裂液流失的作用。而且，聚丙烯酰胺有降阻作用，因而能使壓力的傳遞損失下降。

四、油井水泥外加劑

以AMPs與甲基丙烯酸、丙烯酰胺制備的三元共聚物，適用于各種鹽水鉆井液，起到良好的高溫緩凝作用。美國:Halliburton公司推出的AMPS與丙烯酸的共聚物，AMPS與N，N 一二甲基丙烯酰胺的共聚物和羧甲基羥乙基纖維素組成的復合物作為油井水泥外加劑，可有效地降低水鉆井液的高溫濾失量。

五、鉆井液處理劑

AMPs與丙烯酰胺和淀粉的接枝共聚物，AMPS與丙烯酰胺和N，N一二甲基丙烯酰胺的共聚物，AMPS與腐殖酸和丙烯酰胺的接枝共聚物在淡水鉆井液、鹽水鉆井液、飽和鹽水鉆

井液和海水鉆井液中均具有較好的降濾失和抗溫、抗鹽能力。

黏土分散和其他因素造成的污染往往引起鉆井液的黏度增加，此時需要用降黏劑來控制鉆井液的流變性。常見的、用量最大的鉆井液降黏劑為鐵鉻木質素磺酸鹽降黏劑(FCLS)。 AMPs與丙烯酸和甲基丙烯酸的三元共聚物用作鉆井液降黏劑取代FCLS，即保留了FcIJS良好的抗鹽性能和抗溫性能，又克服了FCIJS的毒性。研究表明，三元共聚物比二元共聚物的抗高價金屬離子的能力更強。

六、完井液和修井液添加劑

AMPS與丙烯酸和衣康酸的共聚物，可用作配制海水、鹽水的增黏劑，使完井液黏度提高4倍以上，并且具有良好的熱穩(wěn)定性，克服了傳統(tǒng)聚合物在鹽水體系中黏度下降的缺點。

六、油田水處理劑

AMPs的均聚物與丙烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺等形成的共聚物，可用作油田污水處理的 絮凝劑、污泥脫水劑和防垢阻垢劑，F(xiàn).Goodrich公司推出的由AMPS、丙烯酸和苯乙烯磺酸 鈉組成的三元共聚物對硫酸鈣垢和磷酸鈣垢都有很好的抑制作用，其阻垢率均達到97%以 上。文獻資料表明，以AMPs共聚物作水處理劑具有用量少，效果優(yōu)于現(xiàn)有聚丙烯酰胺類水處理劑的特點。