بولي أكريلاميد أنيوني (APAM)

1. يُستخدم بولي أميد الأنيني (APAM) بشكل أساسي في معالجة المياه، وصناعة الورق، واستكشاف النفط، وغسل الفحم في مناجم الفحم. ومن الواضح أن بولي أميد الأنيني (APAM) يمكن أن يلعب دورًا مهمًا في معالجة المياه الملوثة بشكل طفيف، ومياه المصادر، ومياه الصرف الصحي الحضرية، والمياه الصناعية، وحتى في تجفيف الحمأة الزائدة.
2. نظرًا لأن مادة التلبد البولي أكريلاميد الأنيونية تتميز بمساحة سطح نوعية كبيرة، فإن سلاسلها الجزيئية الخطية ومجموعاتها الكهربائية تُستخدم عادةً كمواد ماصة أو مواد تلبد في معالجة المياه. وباعتباره مادة مساعدة مهمة في عملية التخثر، يُستخدم بولي أكريلاميد الأنيوني عادةً بالاقتران مع مواد التلبد البوليمرية غير العضوية مثل كلوريد البوليألومنيوم (PAC) وكبريتات الحديد المتعددة (PFS) في محطات معالجة المياه ومياه الصرف الصحي. ونظرًا للعدد الكبير من المجموعات الأنيونية في السلسلة الجزيئية، يتمتع APAM بجهد سالب كبير. ولذلك، بالنسبة لمياه الصرف الصناعية، ولا سيما تلك التي تحتوي على معادن، يمكن لـ APAM أن يُظهر كفاءة معالجة عالية من خلال التحييد الكهربائي. ولكن في عملية تجفيف الحمأة، يتم امتصاص جزيئات الحمأة على السلاسل الجزيئية ذات المساحة السطحية النوعية الأكبر. ويؤدي أداء الامتصاص لـ PAM الأنيوني دورًا مهمًا في هذه العملية، ويمكن أن تصل كفاءة التجفيف إلى 75%.
3. يُعد البولي أكريلاميد الأنيوني مادة شائعة الاستخدام لتلبد التربة، وغالبًا ما يُستخدم لمنع تآكل التربة في الأراضي المزروعة.
4. يمكن استخدام بوليمر البولي أكريلاميد الأنيوني في إدارة الطمي في مواقع البناء. فهو قادر على الحد من التعرية، وتصفية مياه الجريان الرملية، وإزالة الرواسب الرطبة أثناء تنظيف البرك. وعادةً ما يتم استخدامه بالاقتران مع ممارسات الإدارة الفضلى الأخرى كجزء من نهج متعدد الحواجز يهدف إلى تقليل فقدان التربة إلى أدنى حد وتحسين ترسيب الرواسب العالقة.

نظرًا لأن السلسلة الجزيئية للبوليمر تحمل شحنة أكبر، فإنها يمكن أن تتمدد بشكل أكبر في الماء، مما يؤدي إلى زيادة سعة الامتصاص والقدرة على تكوين الجسور لإزالة الجسيمات العالقة. ويتم التفاعل بين APAM والجسيمات العالقة بشكل أساسي عن طريق التفاعل الكهروستاتيكي أو الروابط الهيدروجينية أو الروابط التساهمية. يتميز PAM الأنيوني بوزن جزيئي عالٍ وقابلية ذوبان جيدة، وهو مادة تلبد مهمة. ونظرًا لأدائه الجيد في عملية التلبد، فقد استُخدم على نطاق واسع في معالجة المياه.

1. من ناحية، يمكن تحييد الجسيمات غير المستقرة ذات الشحنات المتعاكسة تمامًا بواسطة المجموعات الكيميائية الأنيونية.
2. من ناحية أخرى، ستلتقط سلاسل جزيئية من مادة APAM هذه الجسيمات غير المستقرة، وستتجمع لتشكل كتل كبيرة وكثيفة، مما يؤدي إلى عملية التلبد.
3. في عملية فصل المادة الصلبة عن الماء، تتمثل الآليات الرئيسية المعنية في تحييد الشحنة، والتجسير، والتصحيح الكهروستاتيكي.

وفقًا لتاريخ تطور عملية تصنيع مادة APAM خلال هذه السنوات، توجد ست تقنيات تصنيع مختلفة، وهي: طريقة البلمرة المتجانسة مع التحلل المائي اللاحق، وطريقة البلمرة المتجانسة مع التحلل المائي المتزامن، وطريقة البلمرة المشتركة، وطريقة البلمرة بالمستحلب العكسي، وطريقة البلمرة بالترسيب، وطريقة البلمرة بالإشعاع.

عملية التحلل المائي اللاحق للبلمرة المتجانسة. يمكن تقسيم عملية التحلل المائي التي تلي البلمرة المتجانسة إلى خطوتين. الأولى هي البلمرة الجذرية للأكريلاميد. أما الخطوة الثانية فتتم عن طريق ضبط قيمة الرقم الهيدروجيني لتكون أكبر من 7 في ظروف قلوية. وفي هذه الخطوة، يحدث التحلل المائي للبولياكريلاميد غير الأيوني. وأخيرًا، يمكن الحصول على البولي أكريلاميد (APAM) من خلال هاتين الخطوتين. وتتمثل الميزة الأكبر لهذه العملية في أن تفاعل البلمرة الأول يتم إجراؤه عند درجة حرارة منخفضة، وهو ما يساعد على زيادة الوزن الجزيئي للبولي أكريلاميد (APAM). ومع ذلك، ونظرًا لأن عملية البلمرة تتضمن خطوة إضافية مقارنة بالعمليات الأخرى، فإن ظروف البلمرة يصعب التحكم فيها. ثانيًا، قد تكون عملية التحلل المائي غير متجانسة، ومن الصعب تلبية متطلبات التحكم في القابلية للذوبان.

عملية التحلل المائي المصاحب للبلمرة المتجانسة. بناءً على عملية التحلل المائي التي تلي البلمرة المتجانسة، تم اقتراح عملية الإنتاج هذه بعد تبسيطها وتحسينها. تُضاف مادة الصوديوم إلى نظام التفاعل قبل البلمرة، وهو ما يمثل الفرق الأكبر عن عملية التحلل المائي التي تلي البلمرة المتجانسة. وبهذه الطريقة، سيحدث تفاعل البلمرة وتفاعل التحلل المائي في آن واحد. ويمكن أن ينتج عن تفاعل التحلل المائي أنيونات الهيدروكسيل. وأخيرًا، يتم الحصول على APAM من خلال التجفيف والتحبيب. يمكن لهذه الطريقة التغلب على المشكلة العامة المتمثلة في التحلل المائي غير المتساوي الناجم عن عملية ما بعد التحلل المائي. ومع ذلك، فإن إضافة الصوديوم قبل البلمرة قد تؤدي إلى دخول شوائب إلى نظام التفاعل. ويمكن أن تبقى هذه الشوائب في البوليمر خلال عملية البلمرة، مما يؤثر على خصائص البوليمر.

طريقة البلمرة المشتركة. تكمن الفكرة الأساسية لطريقة البلمرة المشتركة في بلمرة الأكريلاميد (AM) مع مونومر أنيوني واحد أو اثنين آخرين تحت تأثير عامل البدء. يمكن استخدام العديد من المركبات العضوية ذات الجزيئات الصغيرة كمونومرات أنيونية، مثل أكريلات الصوديوم وحمض 2-أميدو-2-ميثيلبروبان السلفونيك وما إلى ذلك. تتمثل مزايا عملية البلمرة المشتركة في قصر دورة الإنتاج، وقلة العمليات، وعدم انبعاث الأمونيا. والأهم من ذلك، أنه يمكن التحكم في درجة التحلل المائي عن طريق البلمرة المشتركة. ويتميز مادة APAM الناتجة بذوبان أفضل ووزن جزيئي أعلى.

البلمرة بالمستحلب العكسي. يتم إجراء البلمرة بالمستحلب العكسي في مستحلب من نوع «ماء في زيت»، باستخدام المحلول المائي للمونومر كمرحلة متناثرة والمذيب العضوي غير القابل للذوبان في الماء كمرحلة مستمرة. يُستخدم البلمرة بالمستحلب العكسي عادةً لتحضير جزيئات البوليمر المحبة للماء مثل الأكريلاميد والأكريلات وn-إيزوبروبيل أكريلاميد. بالمقارنة مع البلمرة السائبة أو تقنيات البلمرة الأخرى، تتمثل الميزة المتأصلة في البلمرة بالمستحلب العكسي في أن هذه العملية يمكنها تحقيق وزن جزيئي مرتفع ومعدل تفاعل مرتفع أثناء عملية البلمرة. بالإضافة إلى ذلك، من السهل التحكم في التفاعل، مما يحافظ على الوزن الجزيئي في نطاق ضيق نسبيًا. وتتمثل المشكلة الرئيسية لهذه التقنية في صعوبة عملية الاستحلاب وفصل الزيت عن الماء. بالإضافة إلى ذلك، فإن عملية استرداد المذيب معقدة للغاية أيضًا.

طريقة البلمرة بالترسيب. يُعد البلمرة بالترسيب طريقة فريدة لتحضير جزيئات بوليمرية متشابكة ذات حجم وشكل موحدين دون إضافة أي مواد مثبتة. وفي آلية البلمرة، ونظرًا لعدم قدرة الجزيئات الأولية المتشابكة على الانتفاخ، يُقترح أن نمو الجزيئات يتم عن طريق الترسيب الفعال للجزيئات التي تشكلت نوى لها. في عملية البلمرة بالترسيب، لا ترتفع درجة الحرارة بشكل مفرط بفضل تبديد الحرارة في نظام التفاعل، وهو ما يكتسي أهمية كبيرة لاستقرار التفاعل. بالإضافة إلى ذلك، في المرحلة المتأخرة من التفاعل، لا تتجمع بقايا المونومر معًا ويمكنها الانتشار بحرية، مما يساهم في زيادة معدل التحويل والوزن الجزيئي. ونظرًا لأن معظم المونومرات المتبقية تظل في المذيب، فإن ذلك يلعب دورًا إيجابيًا في تحضير APAM ذي سمية منخفضة ونقاء عالٍ. وبسبب الترسيب في المذيب، يمكن فصل البوليمر أو ترشيحه بسهولة.

البلمرة الإشعاعية. يمكن إجراء البلمرة الإشعاعية تحت تأثير الإشعاع المؤين عالي الطاقة، وحزم الإلكترونات، وأشعة ألفا، وأشعة بيتا، وأشعة جاما (خاصة أشعة جاما من الكوبالت-60)، والأشعة السينية. وتتمثل الآلية الأهم في توليد أيونات أو جذور حرة لتكون بمثابة مراكز نشطة.