Poliacrilamida aniónica (APAM)

1. El PAM aniónico se utiliza principalmente para el tratamiento de aguas, la fabricación de papel, la exploración petrolera y el lavado de carbón en las minas de carbón. Es evidente que el APAM puede desempeñar un papel importante en el tratamiento de aguas con microcontaminación, aguas de captación, aguas residuales urbanas, aguas industriales e incluso en la deshidratación de lodos en exceso.
2. Dado que el floculante de poliacrilamida aniónica se caracteriza por su gran superficie específica y sus cadenas moleculares lineales, los grupos eléctricos suelen utilizarse como adsorbentes o floculantes en el tratamiento del agua. Como coadyuvante importante en la coagulación, la poliacrilamida aniónica se suele utilizar en combinación con floculantes poliméricos inorgánicos tales como cloruro de polialuminio (PAC) y el sulfato poliférrico (PFS) en plantas de tratamiento de agua y de aguas residuales. Debido al gran número de grupos aniónicos presentes en la cadena molecular, el APAM presenta un elevado potencial negativo. Por lo tanto, en el caso de las aguas residuales industriales, especialmente aquellas que contienen metales, el APAM puede ofrecer una alta eficiencia de tratamiento mediante neutralización eléctrica. Sin embargo, en el proceso de deshidratación de lodos, las partículas de lodo se adsorben en las cadenas moleculares con mayor superficie específica. El rendimiento de adsorción del PAM aniónico desempeña un papel importante en este proceso, y la eficiencia de deshidratación puede alcanzar el 75%.
3. La poliacrilamida aniónica es un floculante del suelo muy utilizado, que suele emplearse para prevenir la erosión del suelo en las tierras de cultivo.
4. El polímero de poliacrilamida aniónica puede utilizarse para la gestión de sedimentos en las obras de construcción. Permite controlar la erosión, clarificar las escorrentías arenosas y eliminar los sedimentos húmedos durante la limpieza de los estanques. Suele utilizarse junto con otras buenas prácticas de gestión, como parte de un enfoque de barreras múltiples destinado a minimizar la pérdida de suelo y mejorar la sedimentación de los sedimentos en suspensión.

Dado que la cadena molecular del polímero tiene mayor carga, puede estirarse más en agua, lo que aumenta la capacidad de adsorción y la capacidad de formar puentes para eliminar las partículas en suspensión. La interacción entre el APAM y las partículas en suspensión es principalmente electrostática, mediante enlaces de hidrógeno o enlaces covalentes. El PAM aniónico tiene un alto peso molecular y una buena solubilidad, y es un floculante importante. Debido a su buen rendimiento en la floculación, se ha utilizado ampliamente en el tratamiento del agua.

1. Por un lado, las partículas inestables con cargas opuestas pueden neutralizarse por completo mediante grupos químicos aniónicos.
2. Por otro lado, estas partículas inestables serán capturadas por las cadenas moleculares de APAM y se agruparán en flóculos grandes y densos, produciendo así la floculación.
3. En el proceso de separación entre la fase sólida y la fase acuosa, los principales mecanismos implicados son la neutralización de cargas, la formación de puentes y la reparación electrostática.

Según la evolución de la síntesis de APAM en estos últimos años, existen seis tecnologías de síntesis diferentes: el método de homopolimerización con hidrólisis posterior, el método de homopolimerización con cohidrólisis, el método de copolimerización, el método de polimerización en emulsión inversa, el método de polimerización por precipitación y el método de polimerización por radiación.

Proceso de poshidrólisis tras la homopolimerización. El proceso de hidrólisis tras la homopolimerización se puede dividir en dos etapas. La primera es la polimerización radicalaria de la acrilamida. La segunda etapa se completa ajustando el valor del pH a un valor superior a 7 en condiciones alcalinas. En esta etapa, se producirá la hidrólisis de la poliacrilamida no iónica. Finalmente, mediante estas dos etapas se obtiene la APAM. La mayor ventaja de este proceso es que la primera reacción de polimerización se lleva a cabo a baja temperatura, lo que favorece el aumento del peso molecular de la APAM. Sin embargo, dado que el proceso de polimerización cuenta con una etapa más que otros procesos, las condiciones de polimerización no son fáciles de controlar. En segundo lugar, el proceso de hidrólisis puede ser heterogéneo, y resulta difícil cumplir los requisitos de control de la solubilidad.

Proceso de homopolimerización por cohidrólisis. Partiendo del proceso de hidrólisis posterior a la homopolimerización, se propone el proceso de producción tras su simplificación y mejora. Se añade sodio al sistema de reacción antes de la polimerización, lo que constituye la principal diferencia con respecto al proceso de hidrólisis posterior a la homopolimerización. De este modo, la reacción de polimerización y la reacción de hidrólisis tendrán lugar simultáneamente. La reacción de hidrólisis puede producir aniones hidroxilo. Finalmente, el APAM se obtiene mediante secado y granulación. Este método permite superar el problema habitual de la hidrólisis desigual causada por el proceso de hidrólisis posterior. Sin embargo, la adición de sodio antes de la polimerización puede introducir impurezas en el sistema de reacción. Estas impurezas pueden permanecer en el polímero tras la polimerización, lo que afecta a las propiedades del mismo.

Método de copolimerización. La idea fundamental del método de copolimerización consiste en que la acrilamida (AM) se polimeriza con uno o dos monómeros aniónicos más bajo condiciones de iniciación. Se pueden utilizar muchos compuestos orgánicos de bajo peso molecular como monómeros aniónicos, tales como el acrilato de sodio, el ácido 2-amido-2-metilpropanosulfónico, etc. Las ventajas del proceso de copolimerización son un ciclo de producción corto, un menor número de etapas y la ausencia de emisiones de amoníaco. Y lo que es más importante, el grado de hidrólisis puede controlarse mediante la copolimerización. El APAM producido presenta una mejor solubilidad y un mayor peso molecular.

Polimerización por emulsión inversa. Utilizando la solución acuosa de monómero como fase dispersa y el disolvente orgánico insoluble en agua como fase continua, la polimerización en emulsión inversa se lleva a cabo en una emulsión de tipo «agua en aceite». La polimerización en emulsión inversa se utiliza habitualmente para preparar partículas de polímeros hidrófilos, como la acrilamida, el acrilato y la n-isopropilacrilamida. En comparación con la polimerización en masa u otras técnicas de polimerización, la ventaja inherente de la polimerización en emulsión inversa es que este proceso permite alcanzar un alto peso molecular y una elevada velocidad de reacción durante la polimerización. Además, la reacción es fácil de controlar, lo que permite mantener el peso molecular dentro de un rango relativamente estrecho. El principal problema de esta tecnología es la dificultad para emulsionar y separar el aceite y el agua. Además, el proceso de recuperación del disolvente también resulta muy complicado.

Método de polimerización por precipitación. La polimerización por precipitación es un método único para preparar partículas poliméricas reticuladas de tamaño y forma uniformes sin añadir estabilizadores. En el mecanismo de polimerización, debido a la incapacidad de hinchamiento de las partículas primarias reticuladas, se propone que el crecimiento de las partículas se lleva a cabo mediante la precipitación efectiva de partículas nucleadas. En la polimerización por precipitación, la temperatura no aumenta excesivamente gracias a la disipación del calor del sistema de reacción, lo cual reviste gran importancia para la estabilidad de la reacción. Además, en la fase final de la reacción, el monómero restante no se agrupa y puede difundirse libremente, lo que favorece el aumento de la tasa de conversión y del peso molecular. Dado que la mayor parte de los monómeros restantes permanecen en el disolvente, esto contribuye positivamente a la preparación de APAM con baja toxicidad y alta pureza. Debido a la precipitación en el disolvente, el polímero se separa o se filtra fácilmente.

Polimerización por radiación. La polimerización por radiación puede llevarse a cabo mediante la irradiación con radiación ionizante de alta energía, haces de electrones, rayos alfa, rayos beta, rayos gamma (especialmente rayos gamma de Co-60) y rayos X. El mecanismo más importante consiste en generar iones o radicales libres como centros activos.