第一章 概述
1.1 聚电解质
聚电解质是带有阴离子或是阳离子的高分子，易溶于水，在水溶液中电离为带有电荷的聚离子和带有异性电荷的反离子，反离子扩散在聚离子的周围，整个溶液呈现电中性。但高度交联的聚电解质不溶于水，只能显著溶胀。
1.1.1 聚电解质类型
聚电解质从不同角度可以分为不同的种类。按其在溶液中的结构性质不同，可将其分为直线型、支链型和网状结构；按来源又可分为合成和天然两大类；按聚离子上所带电荷，还可分为阴离子型、阳离子型和两性聚电解质三类。
1.1.1.1 阴离子型聚电解质
从本质上说，阴离子型聚电解质属于高分子的一种，能够在水溶液中发生电离，聚离子链上带有大量的负电荷和相应的带正电荷的反离子。在非离子化溶剂中，阴离子型聚电解质的性质往往与非离子型聚合物相似。但是阴离子型聚电解质的水溶性较非离子型聚合物好，在水中会发生离解，生成带有电荷的大分子和一些反离子，结合了长链高分子和低分子电解质的双重特性，因此，它的水溶液性质与非离子型聚合物不同。
近十年来，应用最为广泛的阴离子聚电解质是聚丙烯酰胺及其衍生物。常见的阴离子聚电解质如表 1-1 所示。
1.2 聚丙烯酰胺类聚合物
由于聚丙烯酰胺（PAM）带有活泼的酰胺基，因而在石油开采、水处理、纺织印染、造纸等行业具有十分广泛的应用，有“百业助剂”、“万能产品”之称。目前，聚丙烯酰胺（PAM）是使用效果好且最有前景的聚合物之一。PAM 并本身没有毒性，只有当用量＞5000PPM 时因动物的肠胃粘膜对营养的吸收被粘阻而有害。但是，PAM 中残留单体丙烯酰胺有毒，对于油田基使用及城市污水处理等方面的产品，残余单体一般允许在 1%左右，用于食物方面，如饮用水蔗糖法澄清，制造可能与食物接触的纸张等，残留单体含量必须严格控制，一般都在 0.05%以下。日本环境卫生局于 1973年规定，生活用水不得用高分子絮凝剂，1975 年规定污水处理的 PAM 中AM 含量 ≤0.05%。我国规定聚丙烯酰酰胺用于食物方面残余单体量也在0.5%以下。
1.2.1 聚丙烯酰胺分类
由于聚丙烯酰胺分子上的酰胺基（—CONH2）较活泼，可发生酰胺的各种典型反应，通过不同的反应可获得不同的衍生物。按分子量的大小可将聚丙烯酰胺分为小分子量、中分子量、高分子量、超高分子量聚丙烯酰胺。根据离子特性可将聚丙烯酰胺分为阳离子型(CPAM)、阴离子型(APAM)、两性离子型和非离子型。
第二章 聚电解质的理化性能研究
2.1 聚电解质溶液理化性能研究的目的和意义
为了充分掌握 HPAM 及水处理剂的性质，也为了选择适宜的水处理剂条件有所依据，研究聚电解质溶液的理化性能是很重要的，也是必要的。不同厂家生产的 HPAM 的分子量不一，其理化性能也不同。通常，用于三次采油的聚丙烯酰胺相对分子量最高，用作混凝剂的聚丙烯酰胺相对分子量较高，而低相对分子量的聚丙烯酰胺却可用作分散剂。由此可见，分子量的变化甚至可能导致其用途截然不同。驱油用超高分子量的部分水解聚丙烯酰胺，在地层剪切力、高温地层和高矿化度水等的综合作用下，分子量大大降低，使之具有和乳化剂相同的性质，HPAM 分散在油水界面上，形成高强度和高韧性的膜。因此，只有通过对具体的实验样品进行实验，才能掌握油田污水中 HPAM 的理化性能。
HPAM 是分子链上存在大量的酰胺基等活性基团的水溶性的聚电解质。一般情况下，HPAM 分子在水中呈现完全的舒展状态，但当它与某些高价态的有机金属化合物相遇时，将发生物理化学反应，舒展的分子链急剧收缩并形成凝聚态的物质，并破坏了污水中胶体的电荷平衡，使水中的悬浮物和胶体电解质等杂质随同 HPAM 一起以固体的形式从水中析出，达到去除 HPAM 和净化水体的目的。同理，本文所涉及的阳离子聚电解质均为水溶性高分子，金属离子盐对其同样有一定的影响。基于上述原理，采用室内试验研究不同类型的金属离子盐对 HPAM 及阳离子聚电解质溶液粘度的影响。因此，研究 HPAM 及阳离子聚电解质溶液的理化性能具有重要的意义。
第二章 聚电解质的理化性能研究.............................. 26-34
2.1 聚电解质溶液理化性能研究的目的.............................. 26
2.2 实验药品与仪器.............................. 26-27
2.3 实验方法.............................. 27-28
2.4 HPAM 理化性能实验和分析.............................. 28-30
2.5 阳离子聚电解质理化性能和分析.............................. 30-32
2.6 本章小结 ..............................32-34
第三章 HPAM 与水处理剂相互作用研究 ..............................34-47
3.1 试剂与仪器 ..............................34-35
3.1.1 实验药品.............................. 34
3.1.2 实验仪器 ..............................34-35
3.2 实验方法.............................. 35
3.2.1 溶液的配置.............................. 35
3.2.2 电导率法 ..............................35
3.3 HPAM 与水处理剂相互作用研究 ..............................35-38
3.4 外界环境相互作的影响.............................. 38-46
结论
本文首先考察了小分子盐及大分子盐聚合氯化铝（PAC）对聚电解质理化性质的影响。通过电导率的变化，初步探索了反应时间和阳离子度对 HPAM 与阳离子聚电解质水处理剂间相互作用的影响，同时研究了小分子盐及表面活性剂对HPAM 与水处理剂之间相互作用的影响，得到如下结论：
1、在 25℃下，考察了小分子盐 NaCl、CaCl2、FeCl3、AlCl3以及大分子盐PAC 对聚电解质（HPAM、CPAM、PDMDAAC）溶液的粘度的影响，实验结果表明：在较低小分子盐浓度时，聚电解质的粘度随着盐浓度的增加而急剧下降；随着小分子盐浓度的继续增大 HPAM 溶液的粘度趋于平缓直至不变。同小分子盐比较，大分子盐 PAC 对 HPAM 溶液粘度影响较小；且一价盐对 HPAM 粘度影响较二价三价盐影响小，但盐的价态不影响阳离子聚电解质溶液的粘度。在同一盐浓度下，盐对 HPAM 溶液粘度的影响大于对阳离子聚电解质。
2、反应时间、阳离子度、小分子盐（盐价态、盐的浓度）、表面活性剂的浓度、温度等对 HPAM 与阳离子聚电解质之间的相互作用均有影响。对同一浓度的 HPAM，相同浓度不同离子度的 CPAM 对 HPAM 与 CPAM 体系的相互作用几乎没影响。对于HPAM与CPAM体系、HPAM与PAC体系和HPAM与PDMDAAC体系，加入小分子盐后，这几种体系的电导率都增大；离子当量相同的小分子盐（NaCl、CaCl2）对这几种体系电导率的影响程度几乎一样，这也说明当离子当量相同时，不同离子价态的小分子盐对聚电解质溶液的电导率的影响程度几乎一样，与盐的价态无关。对这几种体系，其电导率随温度的升高而增大。
3、对同一浓度的 HPAM，相同浓度不同阳离子度的 CPAM，表面活性剂对HPAM 与 CPAM 体系的相互作用的影响几乎一致，也就是说阳离子度的不同不影响电导率。对HPAM与CPAM体系、HPAM与PAC体系和HPAM与PDMDAAC体系，其电导率随温度的升高而增大。SDBS 对 HPAM 与 CPAM 体系电导率的影响小于 HPAM 与 PAC 体系和 HPAM 与 PDMDAAC 体系。
4、对于 HPAM 与 CPAM 体系、HPAM 与 PAC 体系和 HPAM 与 PDMDAAC体系，加入相同浓度的 SDBS 后，再加入小分子金属盐，随温度的升高这几种体系的电导率都增大；但离子当量相同的小分子金属盐（NaCl、CaCl2）对这几种体系电导率的影响程度几乎一样，与小分子金属盐的价态无关。表面活性剂+小分子盐对体系电导率的影响明显大于小分子盐单独使用时的。