Polyacrylamide anionique (APAM)

1. Le PAM anionique est principalement utilisé pour le traitement de l'eau, la fabrication du papier, l'exploration pétrolière et le lavage du charbon dans les mines. Il est évident que le PAM anionique peut jouer un rôle important dans le traitement des eaux légèrement polluées, des eaux de source, des eaux usées urbaines, des eaux industrielles, et même dans la déshydratation des boues en excès.
2. Le floculant à base de polyacrylamide anionique se caractérisant par une grande surface spécifique et des chaînes moléculaires linéaires, il est généralement utilisé comme adsorbant ou floculant dans le traitement de l'eau. En tant qu’adjuvant de coagulation important, le polyacrylamide anionique est généralement utilisé en association avec des floculants polymères inorganiques tels que chlorure de polyaluminium (PAC) et le sulfate polyferrique (PFS) dans les stations d'épuration et le traitement des eaux usées. En raison du grand nombre de groupes anioniques présents dans sa chaîne moléculaire, l'APAM présente un potentiel négatif élevé. Par conséquent, pour les eaux usées industrielles, en particulier celles contenant des métaux, l'APAM peut offrir une grande efficacité de traitement grâce à la neutralisation électrique. Cependant, lors du processus de déshydratation des boues, les particules de boues sont adsorbées sur les chaînes moléculaires présentant une surface spécifique plus importante. Les performances d’adsorption du PAM anionique jouent un rôle important dans ce processus, et l’efficacité de déshydratation peut atteindre 75%.
3. Le polyacrylamide anionique est un floculant très répandu, souvent utilisé pour prévenir l'érosion des sols dans les terres cultivées.
4. Le polymère de polyacrylamide anionique peut être utilisé pour la gestion des limons sur les chantiers de construction. Il permet de lutter contre l'érosion, de clarifier les eaux de ruissellement sableuses et d'éliminer les sédiments humides lors du nettoyage des bassins. Il est généralement utilisé en association avec d'autres bonnes pratiques de gestion, dans le cadre d'une approche à barrières multiples visant à minimiser la perte de sol et à améliorer la sédimentation des sédiments en suspension.

La chaîne moléculaire du polymère présentant une charge plus importante, elle peut s'étirer davantage dans l'eau, ce qui augmente la capacité d'adsorption et la capacité de pontage permettant d'éliminer les particules en suspension. L'interaction entre l'APAM et les particules en suspension est principalement de nature électrostatique, par liaison hydrogène ou par liaison covalente. Le PAM anionique présente un poids moléculaire élevé et une bonne solubilité ; c'est un floculant important. En raison de ses bonnes performances de floculation, il est largement utilisé dans le traitement de l'eau.

1. D'une part, les particules instables de charges opposées peuvent être entièrement neutralisées par des groupes chimiques anioniques.
2. D'autre part, ces particules instables seront capturées par les chaînes moléculaires de l'APAM et s'agrégeront en flocs volumineux et denses, provoquant ainsi la floculation.
3. Dans le processus de séparation solide-eau, les principaux mécanismes en jeu sont la neutralisation des charges, la formation de ponts et la compensation électrostatique.

D'après l'historique du développement de la synthèse de l'APAM au cours de ces dernières années, on distingue six technologies de synthèse différentes : la méthode d'homopolymérisation suivie d'une hydrolyse, la méthode d'homopolymérisation avec co-hydrolyse, la méthode de copolymérisation, la méthode de polymérisation en émulsion inverse, la méthode de polymérisation par précipitation et la méthode de polymérisation par rayonnement.

Procédé d'homopolymérisation suivi d'une hydrolyse. Le processus d'hydrolyse après l'homopolymérisation peut être divisé en deux étapes. La première consiste en une polymérisation radicalaire de l'acrylamide. La deuxième étape s'effectue en ajustant le pH à une valeur supérieure à 7 dans des conditions alcalines. Au cours de cette étape, il se produit une hydrolyse du polyacrylamide non ionique. Enfin, l’APAM peut être obtenu grâce à ces deux étapes. Le principal avantage de ce procédé réside dans le fait que la première réaction de polymérisation est réalisée à basse température, ce qui favorise l’augmentation du poids moléculaire de l’APAM. Cependant, comme le procédé de polymérisation comporte une étape supplémentaire par rapport aux autres procédés, les conditions de polymérisation sont difficiles à contrôler. D'autre part, le processus d'hydrolyse peut être hétérogène, et il est difficile de répondre aux exigences de contrôle de la solubilité.

Procédé d'homopolymérisation par cohydrolyse. Sur la base du procédé d'hydrolyse post-homopolymérisation, le procédé de production proposé a été simplifié et amélioré. Du sodium est ajouté au système réactionnel avant la polymérisation, ce qui constitue la principale différence par rapport au procédé d'hydrolyse post-homopolymérisation. De cette manière, la réaction de polymérisation et la réaction d'hydrolyse se produiront simultanément. La réaction d’hydrolyse permet de produire des anions hydroxyles. Enfin, l’APAM est obtenu par séchage et granulation. Cette méthode permet de surmonter le problème courant d’une hydrolyse inégale causé par le processus d’hydrolyse post-polymérisation. Cependant, l’ajout de sodium avant la polymérisation peut introduire des impuretés dans le système réactionnel. Ces impuretés peuvent persister dans le polymère tout au long de la polymérisation, affectant ainsi les propriétés de celui-ci.

Procédé de copolymérisation. Le principe fondamental de la méthode de copolymérisation repose sur la polymérisation de l'acrylamide (AM) avec un ou deux autres monomères anioniques sous l'action d'un initiateur. De nombreux composés organiques de faible poids moléculaire peuvent être utilisés comme monomères anioniques, tels que l’acrylate de sodium, l’acide 2-amido-2-méthylpropanesulfonique, etc. Les avantages du procédé de copolymérisation sont un cycle de production court, un nombre réduit d’étapes et l’absence d’émissions d’ammoniac. Plus important encore, le degré d’hydrolyse peut être contrôlé par la copolymérisation. L’APAM ainsi produit présente une meilleure solubilité et un poids moléculaire plus élevé.

Polymérisation en émulsion inverse. En utilisant la solution aqueuse de monomère comme phase dispersée et le solvant organique insoluble dans l'eau comme phase continue, la polymérisation en émulsion inverse est réalisée dans une émulsion eau-dans-huile. La polymérisation en émulsion inverse est couramment utilisée pour préparer des particules de polymères hydrophiles telles que l’acrylamide, l’acrylate et le n-isopropylacrylamide. Par rapport à la polymérisation en masse ou à d’autres techniques de polymérisation, l’avantage intrinsèque de la polymérisation en émulsion inverse réside dans le fait que ce procédé permet d’obtenir un poids moléculaire élevé et une vitesse de réaction élevée pendant le processus de polymérisation. De plus, la réaction est facile à contrôler, ce qui permet de maintenir le poids moléculaire dans une fourchette relativement étroite. Le principal problème de cette technologie réside dans la difficulté d’émulsification et de séparation de l’huile et de l’eau. De plus, le processus de récupération du solvant est également très complexe.

Procédé de polymérisation par précipitation. La polymérisation par précipitation est une méthode unique permettant de préparer des particules polymères réticulées de taille et de forme uniformes sans ajout de stabilisants. Dans le mécanisme de polymérisation, en raison de l’absence de gonflement des particules primaires réticulées, il est avancé que la croissance des particules s’effectue par la précipitation effective de particules nucléées. Dans le cas de la polymérisation par précipitation, la température n’augmente pas de manière excessive grâce à la dissipation thermique du système réactionnel, ce qui revêt une grande importance pour la stabilité de la réaction. De plus, au stade avancé de la réaction, le monomère restant ne s’agglomère pas et peut se diffuser librement, ce qui favorise l’augmentation du taux de conversion et du poids moléculaire. Comme la plupart des monomères restants demeurent dans le solvant, cela contribue à la préparation d’APAM à faible toxicité et de haute pureté. En raison de la précipitation dans le solvant, le polymère est facilement séparé ou filtré.

Polymérisation par rayonnement. La polymérisation par rayonnement peut être réalisée sous l'effet d'un rayonnement ionisant à haute énergie, de faisceaux d'électrons, de rayons alpha, de rayons bêta, de rayons gamma (en particulier les rayons gamma du Co-60) et de rayons X. Le mécanisme principal consiste à générer des ions ou des radicaux libres qui servent de centres actifs.