پلی آکریل آمید چیست؟
ما امروز در این مطلب از نشریه شیمی داکس قصد داریم به بررسی یک پلیمر مصنوعی پایه بلند و فلوکولانت بپردازیم. ما در ابتدا پم یا پلی آکریل آمید را تعریف میکنیم و سپس به بررسی کاربردها و ویژگی های پلی آکریل آمید خواهیم پرداخت. پس لطفا مثل همیشه تا پایان این مطلب همراه ما باشید.
پلی آکریل آمید چیست؟
پلی آکریل آمید(polyacrylamide به اختصار PAM) یک نوع پلیمر مصنوعی محلول در آب است که به صورت آنیونی، کاتیونی و خنثی تولید می شود. از این ماده شیمیایی به عنوان عامل لخته ساز و فلوکولانت به صورت گسترده در تصفیه آب و فاضلاب استفاده می شود که در ادامه بیشتر در مورد آن صحبت میکنیم.
| ویژگی | مقدار |
|---|---|
| نام ماده شیمیایی | پلی آکریل آمید |
| نام لاتین | (PAM) Polyacrylamide |
| نام دیگر | PAM – پم |
| فرمول شیمیایی | (C3H5NO)n |
| شماره CAS | 9003-05-8 |
| چگالی | 1.2 – 1.4 g/cm³ |
| ویسکوزیته | وابسته به وزن مولکولی و غلظت |
| نقطه ذوب | ندارد (قبل از ذوب تجزیه می‌شود) |
| نقطه جوش | قابل اندازه‌گیری نیست |
| حلالیت | محلول در آب، نامحلول در اغلب حلال‌های آلی |
کاربردهای پلی آکریل آمید
در ادامه این مطلب از شیمی داکس به بررسی مهمترین کاربردهای پلی اکریل امید می‌پردازیم.
1. تصفیه آب و فاضلاب
یکی از رایج‌ترین کاربردهای پلی‌آکریل‌آمید، استفاده به‌عنوان عامل لخته‌ساز (Flocculant) در تصفیه آب و پساب است. این ماده با ایجاد پیوند بین ذرات معلق و تشکیل لخته‌های درشت‌تر، باعث ته‌نشینی سریع‌تر آلودگی‌ها می‌شود و راندمان فیلتراسیون و شفاف‌سازی آب را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد.
کاربردهای پلی‌آکریل‌آمید در تصفیه آب
- پساب کشاورزی
- پساب کاغذسازی
- تصفیه آب آشامیدنی
- پساب فرآوری شیر و صنایع لبنی
- پساب‌های شهری
- پساب صنایع نساجی
- پساب صنایع فولاد و فلزکاری
- پساب کارخانجات شست‌وشوی زغال‌سنگ
2. صنایع کاغذ و سلولز
در فرآیند تولید کاغذ، پلی‌آکریل‌آمید نقش مهمی در بهبود استحکام خشک و تر کاغذ ایفا می‌کند. این ماده همچنین به‌عنوان نگه‌دارنده ذرات ریز الیاف عمل کرده و موجب افزایش بازده الیاف، بهبود یکنواختی سطح کاغذ و کاهش مصرف مواد شیمیایی می‌شود.
3. حفاری‌های نفت و گاز
پلی‌آکریل‌آمید به‌عنوان کاهش‌دهنده اصطکاک و کنترل‌کننده رئولوژی سیالات حفاری در صنایع نفت و گاز استفاده می‌شود. این ماده با تثبیت دیواره چاه و جلوگیری از ریزش آن، به پایداری عملیات حفاری کمک می‌کند و در عین حال با کاهش مصرف آب و انرژی، صرفه‌جویی اقتصادی به همراه دارد.
4. صنایع نساجی و رنگرزی
در نساجی، پلی‌آکریل‌آمید به‌عنوان غلیظ‌کننده و تثبیت‌کننده رنگ در فرآیند رنگرزی و تکمیل پارچه‌ها کاربرد دارد. این ماده علاوه بر بهبود یکنواختی رنگ و افزایش جذب آن، موجب کاهش مصرف رنگ و کاهش آلودگی پساب‌های نساجی می‌شود.
5. آرایشی و بهداشتی
پلی اکریل امید یک ترکیب پلیمری با کارایی بالا و ایمنی مناسب است که در بسیاری از محصولات آرایشی و بهداشتی کاربرد گسترده دارد. این ماده با ویژگی‌هایی مانند افزایش ویسکوزیته، تثبیت فرمولاسیون، حفظ رطوبت و ایجاد ظاهری صاف و یکنواخت روی پوست، به بهبود کیفیت و عملکرد محصولات کمک می‌کند.
6. سایر کاربردهای پم
- بازیافت روغن
- حفاری و سنگ‌بری
- نفت و پتروشیمی
- تولید کود و سموم کشاورزی
- چرم‌سازی
- صنایع غذایی
- انعقاد مواد شیمیایی
- تولید شکر
- بتن و مصالح ساختمانی
- متالورژی
خطرات و عوارض پم PAM
پلی‌آکریل‌آمید خود به عنوان پلیمر خنثی خطر چندانی ندارد، اما مونومر باقی‌مانده آکریل‌آمید می‌تواند سمی و نوروتوکسیک باشد. تماس مستقیم با پوست، چشم یا استنشاق گرد و غبار آن ممکن است موجب تحریک پوستی، چشم یا دستگاه تنفسی شود. بنابراین هنگام کار با پلی‌آکریل‌آمید رعایت نکات ایمنی و استفاده از تجهیزات حفاظت فردی ضروری است.
| مزایا | معایب / خطرات |
|---|---|
|
|
شرایط ایمنی و نگهداری (MSDS)
برای نگهداری صحیح پلی آکریل آمید، باید آن را در محلی خشک، خنک و دور از نور مستقیم آفتاب ذخیره کرد. کیسه‌ها باید کاملاً بسته بمانند تا از جذب رطوبت و آلودگی جلوگیری شود. همچنین از تماس با اکسیدکننده‌های قوی خودداری شود. هنگام استفاده، توصیه می‌شود از دستکش، عینک و ماسک محافظ استفاده کرده و از استنشاق گرد و غبار جلوگیری شود.
انواع پلی آکریل آمید
در ادامه به معرفی انواع پلی آکریل آمید خواهیم پرداخت.
پلی الکترولیت آنیونی (Anionic Polyacrylamide – APAM)
کوپلیمرهای پلی آکریل آمید آنیونی دارای گروه‌های بار منفی (مانند کربوکسیلات) است که باعث می‌شود در فرایندهای لخته‌سازی و جداسازی ذرات باردار مثبت بسیار مؤثر باشد. این نوع بیشتر در صنایع تصفیه آب و فاضلاب، کاغذسازی و صنایع معدنی استفاده می‌شود.
ویژگی‌های پلی آکریل آمید آنیونی
پلی‌الکترولیت آنیونی در واقع کوپلیمر آکریل‌آمید همراه با گروه‌های سدیم آکریلات است که به آن خاصیت بار منفی می‌دهد. این ترکیب پس از حل شدن در آب، محلولی با بار الکتریکی منفی ایجاد می‌کند و به همین دلیل در فرایندهای لخته‌سازی (Flocculation) عملکرد بسیار مؤثری دارد. استفاده از تکنولوژی‌های جدید و افزودنی‌های خاص در فرمولاسیون این ماده باعث شده است تا در کنار وزن مولکولی بالا، کارایی بیشتری نسبت به محصولات مشابه داشته باشد.
- دارای وزن مولکولی بالا و نیاز به مقدار مصرف کمتر در مقایسه با سایر مواد مشابه
- قابلیت انحلال سریع در آب و عملکرد مؤثر در بازه وسیع pH
- پایداری خوب در زمان نگهداری طولانی‌مدت
- دارای میزان بسیار کم مونومر باقی‌مانده در محصول
انواع پلی الکترولیت آنیونی
- آنیونی با وزن مولکولی پایین: مناسب برای ته‌نشینی سریع ذرات ریز.
- آنیونی با وزن مولکولی متوسط: کاربرد در سیستم‌های تصفیه شهری و صنعتی.
- آنیونی با وزن مولکولی بالا: برای لخته‌سازی در صنایع نفت، گاز و معدن.
- آنیونی با درجه بار پایین/متوسط/بالا: انتخاب بسته به میزان بار مثبت در محیط دارد.
پلی‌آکریل‌آمید کاتیونی (Cationic Polyacrylamide – CPAM)
این نوع پلی‌آکریل‌آمید دارای گروه‌های بار مثبت (مانند آمونیوم کواترنر) است و در حذف ذرات باردار منفی، مثل مواد آلی محلول یا لجن فعال در تصفیه‌خانه‌ها، کاربرد فراوان دارد.
کاربردهای پلی الکترولیت آنیونی
یکی از اصلی‌ترین کاربردهای پلی الکترولیت آنیونی در حوزه تصفیه آب و فاضلاب است. این ماده به‌طور ویژه در پاکسازی پساب‌های صنعتی که دارای ذرات معلق درشت، غلظت بالا و بار مثبت هستند عملکرد بسیار خوبی دارد. حتی در محیط‌هایی با pH طبیعی یا قلیایی نیز کارایی آن حفظ می‌شود. استفاده از این محصول در صنایع فولاد و آهن، کارخانجات آبکاری فلزات، متالورژی و همچنین فرآیند شست‌وشوی زغال‌سنگ بسیار رایج و اثربخش است.
پلی‌الکترولیت آنیونی در نقش یک فلوکولانت عمل کرده و با نزدیک کردن ذرات پراکنده به یکدیگر، لخته‌های اولیه را تشکیل می‌دهد و به مرور باعث بزرگ‌تر شدن آنها می‌شود. این روند به ته‌نشینی سریع‌تر ذرات و افزایش بازده عملیات فیلتراسیون کمک می‌کند.
برای مصرف، معمولاً محلول‌هایی با غلظت حدود ۰.۱ درصد به کار می‌روند. توصیه می‌شود ابتدا محلول آبی با غلظت ۰.۳ تا ۰.۵ درصد وزنی در یک میکسر مناسب آماده گردد و سپس در محل مصرف تا غلظت مورد نظر رقیق شود. زمان مورد نیاز برای حل شدن کامل این ماده نیز به دما وابسته است؛ به‌طور میانگین در دمای حدود ۲۰ درجه سانتی‌گراد حدود ۱.۵ ساعت و در دمای ۱۰ درجه سانتی‌گراد نزدیک به ۲ ساعت زمان لازم خواهد بود تا فرآیند انحلال کامل انجام شود
انواع پلی الکترولیت کاتیونی
- کاتیونی با درجه بار پایین (Low Cationic PAM): مناسب برای فاضلاب‌های با مواد آلی کم.
- کاتیونی با درجه بار متوسط (Medium Cationic PAM): پرکاربرد در صنایع کاغذ و نساجی.
- کاتیونی با درجه بار بالا (High Cationic PAM): بسیار مؤثر در آب‌های صنعتی با آلودگی بالا.
- کاتیونی پودری و امولسیونی: شکل فیزیکی مختلف بسته به سرعت حل شدن و کاربری.
پلی‌آکریل‌آمید غیر یونی (Nonionic Polyacrylamide – NPAM)
پلی‌آکریل‌آمید غیر یونی فاقد بار الکتریکی است و به همین دلیل در شرایطی که بار سطحی ذرات در محیط کم یا نامشخص باشد، عملکرد مناسبی دارد. این نوع بیشتر در صنایع نساجی، فرآیندهای متالورژی و به‌عنوان عامل کم‌کننده اصطکاک در حفاری‌ها به‌کار می‌رود.
انواع پلی الکترولیت غیر یونی
- غیر یونی با وزن مولکولی پایین: کاربرد در غلیظ‌سازی محلول‌های آبی.
- غیر یونی با وزن مولکولی بالا: بهبود خواص رئولوژیکی سیالات حفاری.
- غیر یونی محلول سریع: مناسب برای استفاده در شرایطی که آماده‌سازی سریع نیاز است.
الکتروفورز ژل (Gel Electrophoresis)
الکتروفورز ژل یک تکنیک آزمایشگاهی است که برای جداسازی مولکول‌های بیولوژیکی مانند DNA، RNA و پروتئین‌ها بر اساس اندازه و بار الکتریکی استفاده می‌شود. در این روش، نمونه‌ها در یک ژل (معمولاً آگارز برای DNA/RNA یا پلی‌آکریل‌آمید برای پروتئین) قرار می‌گیرند و با اعمال جریان الکتریکی، مولکول‌ها در ژل حرکت می‌کنند. مولکول‌های کوچکتر سریع‌تر حرکت کرده و مولکول‌های بزرگ‌تر کندتر پیش می‌روند، بنابراین الگوهای تفکیک شده‌ای از نمونه‌ها به دست می‌آید.
ژل پلی آکریل امید (Polyacrylamide Gel)
ژل پلی آکریل آمید یک محیط پلیمری متخلخل است که عمدتاً برای الکتروفورز پروتئین‌ها و نوکلئیک‌اسیدها استفاده می‌شود. این ژل از مونومر آکریل‌آمید و عامل شبکه‌ای‌کننده (Crosslinker) مانند بیس‌آکریل‌آمید ساخته می‌شود و با تغییر درصد ژل می‌توان اندازه منافذ آن را کنترل کرد، بنابراین امکان جداسازی مولکول‌ها با اندازه های مختلف فراهم می‌شود.
جمع بندی
ما امروز در شیمی داکس یاد گرفتیم که پلی‌آکریل‌آمید یک پلیمر چند کاربرده است که هم در تصفیه آب و فاضلاب، صنایع نفت و معدن، نساجی و کاغذسازی و هم در محصولات آرایشی و بهداشتی کاربرد دارد. این ماده با ویژگی‌هایی مانند توانایی لخته‌سازی ذرات، افزایش ویسکوزیته، تثبیت فرمولاسیون و حفظ رطوبت، نقش کلیدی در بهبود عملکرد فرایندها و کیفیت محصولات ایفا می‌کند. همچنین با رعایت نکات ایمنی و نگهداری مناسب، می‌توان از مزایای آن بهره‌مند شد و خطرات احتمالی ناشی از مونومر باقی‌مانده را به حداقل رساند.
سوالات متداول FAQ
آیا پلی‌اکریل‌آمید برای مصرف در کشاورزی نیز مناسب است؟
پلی‌اکریل‌آمید با چه موادی ناسازگار است و چه احتیاط‌هایی باید در نگهداری آن رعایت شود؟
آیا استفاده از پلی‌اکریل‌آمید در محصولات آرایشی برای پوست حساس بی‌خطر است؟
refrence:
- Agarwal, M., Srinivasan, R., Mishra, A., 2001. Study on flocculation efficiency of okra gum in sewage waste water.Macromol. Mater. Eng. 286, 560–563
- Ahmad, A.L., Ismail, S., Bhatia, S., 2005. Optimization of coagulation–flocculation process for palm oil mill effluent using response surface methodology. Environ. Sci. Technol 39, 2828–2834.
