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引起PAM溶液粘度下降的主要原因

作者:利星利星 發(fā)布日期:2024-10-28

溫度的影響原理:溫度是影響聚丙烯酰胺溶液粘度的重要因素。聚丙烯酰胺分子鏈在溶液中會(huì)隨著溫度的升高而變得更加活躍。當(dāng)溫度升高時(shí),分子鏈的運(yùn)動(dòng)加劇,分子鏈之間的相互作用力減弱。從分子動(dòng)力學(xué)角度來(lái)看,這是因?yàn)闇囟壬咛峁┝烁嗟哪芰?,使分子鏈能夠克服相互之間的范德華力和氫鍵等作用力,從而導(dǎo)致溶液的粘度下降。

具體情況:一般在較高溫度下,聚丙烯酰胺溶液的粘度會(huì)顯著降低。例如,當(dāng)溫度從 20℃升高到 40℃時(shí),溶液的粘度會(huì)下降 30% - 50% 左右。而且,不同類(lèi)型的聚丙烯酰胺(如陰離子型、陽(yáng)離子型和非離子型)對(duì)溫度的敏感程度也有所差異。其中,非離子型聚丙烯酰胺受溫度影響相對(duì)較小,但在高溫環(huán)境下其粘度也會(huì)明顯下降。

水解作用的影響原理:聚丙烯酰胺在水溶液中會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)。對(duì)于部分水解的聚丙烯酰胺,水解程度的增加會(huì)改變分子鏈的結(jié)構(gòu)和電荷分布。隨著水解的進(jìn)行,分子鏈上的酰胺基(-CONH?)逐漸轉(zhuǎn)化為羧基(-COOH),使得分子鏈的親水性增強(qiáng)。這種變化會(huì)導(dǎo)致分子鏈在溶液中的伸展程度發(fā)生改變,進(jìn)而影響溶液的粘度。當(dāng)水解程度過(guò)高時(shí),分子鏈之間的相互作用方式改變,溶液粘度下降。

具體情況:水解作用的速度和程度與溶液的 pH 值、溫度和時(shí)間等因素有關(guān)。在堿性條件下,聚丙烯酰胺的水解速度加快。例如,在 pH 值為 9 - 10 的溶液中,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,聚丙烯酰胺的水解程度會(huì)明顯增加,導(dǎo)致溶液粘度下降。而且,不同型號(hào)的聚丙烯酰胺其水解特性也不同,如陰離子型聚丙烯酰胺本身帶有一定的水解基團(tuán),在溶液中的水解行為會(huì)對(duì)粘度產(chǎn)生更復(fù)雜的影響。

機(jī)械剪切力的影響原理:聚丙烯酰胺溶液在受到機(jī)械攪拌、泵送等操作過(guò)程中會(huì)承受機(jī)械剪切力。當(dāng)溶液受到剪切力時(shí),聚丙烯酰胺的分子鏈會(huì)被拉伸、斷裂。從分子結(jié)構(gòu)上看,機(jī)械剪切力破壞了分子鏈之間的纏結(jié)和相互作用,使得分子鏈的長(zhǎng)度縮短,分子鏈的分子量降低。這種變化導(dǎo)致溶液的粘度下降,因?yàn)槿芤旱恼扯扰c分子鏈的長(zhǎng)度和分子量有密切關(guān)系。

具體情況:在實(shí)際應(yīng)用中,如在高速攪拌或者通過(guò)高揚(yáng)程的泵輸送聚丙烯酰胺溶液時(shí),溶液的粘度會(huì)明顯降低。例如,當(dāng)聚丙烯酰胺溶液以較高的轉(zhuǎn)速(如 1000 轉(zhuǎn) / 分鐘以上)攪拌幾分鐘后,其粘度會(huì)下降 20% - 30% 左右。而且,隨著剪切時(shí)間的延長(zhǎng)和剪切強(qiáng)度的增加,溶液粘度下降的幅度會(huì)更大。

雜質(zhì)的影響原理:如果聚丙烯酰胺溶液中存在雜質(zhì),這些雜質(zhì)會(huì)與聚丙烯酰胺分子發(fā)生相互作用,從而影響溶液的粘度。例如,一些金屬離子(如鐵離子、鈣離子等)可以與聚丙烯酰胺分子鏈上的活性基團(tuán)發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)或者離子交換反應(yīng)。這種反應(yīng)改變了分子鏈的電荷狀態(tài)和結(jié)構(gòu),使得分子鏈之間的相互作用減弱,導(dǎo)致溶液粘度下降。另外,一些有機(jī)物雜質(zhì)也會(huì)干擾聚丙烯酰胺分子鏈的正常排列和相互作用,從而降低溶液的粘度。

具體情況:在含有較高濃度金屬離子的工業(yè)廢水處理中,當(dāng)使用聚丙烯酰胺作為絮凝劑時(shí),如果廢水中的金屬離子沒(méi)有預(yù)先處理好,會(huì)導(dǎo)致聚丙烯酰胺溶液的粘度下降。例如,在電鍍廢水處理中,廢水中含有大量的重金屬離子,這些離子會(huì)與聚丙烯酰胺溶液混合后,影響溶液的粘度,進(jìn)而影響絮凝效果。

存放時(shí)間的影響原理:隨著存放時(shí)間的延長(zhǎng),聚丙烯酰胺溶液會(huì)發(fā)生一些物理和化學(xué)變化,導(dǎo)致粘度下降。一方面,長(zhǎng)時(shí)間存放會(huì)導(dǎo)致溶液中的聚丙烯酰胺分子鏈發(fā)生緩慢的降解反應(yīng),分子鏈的長(zhǎng)度縮短,分子量減小,從而使溶液粘度降低。另一方面,溶液中的微生物活動(dòng)也會(huì)對(duì)聚丙烯酰胺產(chǎn)生影響。如果溶液中有微生物生長(zhǎng),它們會(huì)分解聚丙烯酰胺分子,或者產(chǎn)生一些代謝產(chǎn)物與聚丙烯酰胺相互作用,導(dǎo)致溶液粘度下降。

具體情況:一般聚丙烯酰胺溶液存放時(shí)間越長(zhǎng),粘度下降越明顯。例如,在常溫下存放一個(gè)月后,溶液的粘度會(huì)下降 10% - 20% 左右,而且不同類(lèi)型的聚丙烯酰胺溶液在存放過(guò)程中的粘度變化情況也有所差異。陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺溶液會(huì)因?yàn)殡姾煞€(wěn)定性等問(wèn)題,在存放過(guò)程中粘度下降得更快一些。

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