引言：
聚丙烯酰胺是一种重要的高分子化合物，通常简称为PAM。它在水处理、石油开采、纺织品、医药及农业等领域中广泛应用，具有优异的吸水性和多样的功能特性。
什么是聚丙烯酰胺？
聚丙烯酰胺（简称 PAM 或 pAAM）是一种分子式为 (-CH2CHCONH2-) 的聚合物。它具有直链结构。PAM 吸水性强，遇水后会形成软凝胶。2008 年，估计生产了 7.5 亿公斤，主要用于水处理、造纸和矿物工业。
1. 聚丙烯酰胺的化学组成和结构
聚丙烯酰胺结构式如下：
1.1 官能团
丙烯酰胺的主要结构特征包括以下官能团的组合：
（1）羰基（C=O）：该官能团参与各种反应，如加成反应和缩合反应。
（2）酰胺基团（CONH2）：有利于氢键的形成，影响化合物的溶解度和与其他分子的相互作用。
（3）乙烯基（CH2=CH-）：具有较高的反应性，使得丙烯酰胺容易发生聚合反应，形成聚丙烯酰胺。
1.2 PAM的具体结构特征
（1）主链
PAM的主链由碳原子和氮原子组成，以-CH2-CH(CONH2)-的结构重复排列。
（2）分子量
PAM的分子量可以从几千到数百万不等。分子量的增加会使PAM的粘度、絮凝性和增稠性增强。
（3）离子性
PAM可以分为非离子、阴离子、阳离子和两性子四种类型。PAM的离子性取决于其分子链上所含的官能团。
2. 聚丙烯酰胺的性质和特点
（1）聚丙烯酰胺是什么类型的聚合物？
聚丙烯酰胺是一种聚烯烃。它可以看作是交替碳上带有酰胺取代基的聚乙烯。与各种尼龙不同，聚丙烯酰胺不是聚酰胺，因为酰胺基团不在聚合物主链中。由于酰胺 (CONH2) 基团的存在，主链中的交替碳原子是立体异构的（俗称：手性）。因此，聚丙烯酰胺以无规、间规和全同立构形式存在，尽管这方面很少被讨论。聚合由自由基引发，并被认为是立体随机的。
（2）共聚物和改性聚合物
线性聚丙烯酰胺是一种水溶性聚合物。其他极性溶剂包括 DMSO 和各种醇。可以使用 N,N-亚甲基双丙烯酰胺引入交联。一些交联材料可膨胀但不溶解，即它们是水凝胶。
部分水解在高温下在水性介质中发生，将一些酰胺取代基转化为羧酸盐。因此，这种水解使聚合物特别亲水。由 N,N-二甲基丙烯酰胺产生的聚合物具有抗水解性。
丙烯酰胺的共聚物包括由丙烯酸衍生的共聚物。
3. 聚丙烯酰胺的用途和应用
聚丙烯酰胺在能源开采、生态环保、生产制造等领域具有广泛的应用。
（1）水处理
聚丙烯酰胺被广泛用于污水处理、污泥脱水和固液分离过程。它可以通过吸附、沉淀和过滤等机制，去除水中的悬浮物、油脂、色素和有机物质。
（2）石油开采
聚丙烯酰胺被用作石油开采中的驱油剂。它可以增加水和石油之间的相互作用力，提高原油的流动性，从而提高采收效率。
（3）矿山领域
聚丙烯酰胺在矿山行业中用于矿石浮选和矿泥脱水过程，可以提高矿石的选矿率和提矿率，同时还可作为粘结剂用于制备矿浆。
（4）造纸业
聚丙烯酰胺作为纸浆和纸张生产过程中的添加剂，可改善纸浆的过滤性能和流变性，提高纸张的质量和产量。
（5）农业
聚丙烯酰胺可以用作土壤保墒剂、植物生长调节剂和悬浮肥料的固定剂。
（6）聚丙烯酰胺凝胶SDS PAGE
SDS PAGE，即十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳，是一种根据分子量分离蛋白质的技术。SDS是一种阴离子表面活性剂和洗涤剂。SDS分解蛋白质分子的非共价键。根据蛋白质分子的电泳迁移率分离蛋白质分子的方法经常用于分子生物学、遗传学、法医学和生物技术。
十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳称为SDS-PAGE。 蛋白质可以根据蛋白质的大小使用这种常用的实验室方法进行分离和分析。对于表征蛋白质样品、确定其分子量和评估纯度，SDS-PAGE特别有用。该方法需要使用聚丙烯酰胺凝胶基质和去污剂十二烷基硫酸钠 （SDS） 来使蛋白质变性和线性化。
（7）其他
聚丙烯酰胺还可以用于油田封堵剂、草坪改良剂、织物润滑剂和纺织品加工助剂等。
4. 聚丙烯酰胺的毒性和安全性
（1）毒性
聚丙烯酰胺毒性低，但其前体丙烯酰胺是一种神经毒素和致癌物。因此，人们的担忧自然集中在聚丙烯酰胺被丙烯酰胺污染的可能性上。人们付出了相当大的努力，从用于食物附近的聚合物中清除了丙烯酰胺的痕迹。此外，有人担心聚丙烯酰胺可能会解聚形成丙烯酰胺。在典型的烹饪条件下，聚丙烯酰胺不会显着解聚。聚丙烯酰胺恢复为丙烯酰胺的单一主张受到了广泛的挑战。
聚丙烯酰胺本身毒性不大。例如，一项关于聚丙烯酰胺的大鼠急性口服毒性研究报告称，大鼠可耐受的最大单次口服剂量为 4.0 g/kg 体重。在亚慢性口服毒性研究中，大鼠和狗在接受剂量高达 464 mg/kg 体重的聚丙烯酰胺治疗后未出现毒性迹象。几项为期 2 年的慢性口服毒性研究显示，喂食含有高达 5% 聚丙烯酰胺的饮食的大鼠和狗未出现显著的不良反应。在动物试验中，聚丙烯酰胺不刺激眼睛。在一项三代生殖研究中，大鼠的饮食中含有 500 或 2000 ppm 聚丙烯酰胺，未发现与化合物相关的病变。在几项慢性动物研究中，聚丙烯酰胺不具有致癌性。为评估 5% (w/w) 聚丙烯酰胺的刺激性而进行的人体皮肤耐受性测试表明，该化合物耐受性良好。丙烯酰胺单体残留物确实会渗透皮肤。在一项两代生殖研究中，饮用水中丙烯酰胺浓度高达 5 mg/kg day(- 1)，最高剂量下与产前致死有关，且有证据表明有父母毒性。无不良影响水平接近 0.5 mg/kg day(- 1) 剂量。
（2）法规
美国政府，特别是食品药品管理局和环境保护局，已经对聚丙烯酰胺的几种用途进行了监管；根据对聚丙烯酰胺和丙烯酰胺的大量毒理学研究，制定了标准和规范。
美国环保署在评估用于生产和输送饮用水的特定化学产品时，其运作方式与美国食品药品监督管理局类似。实际上，就聚丙烯酰胺而言，根据水处理助凝剂技术咨询委员会的建议，美国公共卫生服务局于 1959 年批准使用聚丙烯酰胺产品作为饮用水处理的助凝剂。美国环保署饮用水添加剂咨询计划办公室根据技术咨询委员会的调查结果发布咨询意见。同样，确保产品质量的责任落在制造商身上；环保署不要求提供任何有关饮用水聚丙烯酰胺的报告。
5. 结论
聚丙烯酰胺作为一种重要的高分子化合物，具有广泛的应用领域和多样化的功能。其在水处理中的净化效果、在石油开采中的增油作用以及在纺织品和医药行业中的应用，展示了其在工业和日常生活中的重要性。随着技术的不断进步和对环境友好性的追求，聚丙烯酰胺的研究和应用将继续推动其在各个领域中的创新和发展。
参考：
[1]https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/reveh-1989-1-403/html
[2]https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16154914/
[3]https://en.wikipedia.org/wiki/Polyacrylamide
[4]https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/
[5]程烨.聚丙烯酰胺行业发展综述[J].精细与专用化学品,2023,31(08):28-30.DOI:10.19482/j.cn11-3237.2023.08.05.
[6]https://www.geeksforgeeks.org/
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