Polvere di acrilammideè il componente principale dell'acrilammide. È un composto organico con la formula chimica c3h5no, CAS 79-06-1. La polvere cristallina bianca, solubile in acqua (formando una soluzione di acrilammide), etanolo, etere e acetone, insolubile in benzene ed esano, può formare una soluzione madre di acrilammide. L'acrilammide è il tipo più importante e più semplice di sistema acrilammide. È ampiamente usato come materie prime sintetiche organiche e materiali polimerici. Molti materiali sintetici possono essere preparati mediante polimerizzazione con acetato di vinile, stirene, cloruro di vinile, acrilonitrile e altri monomeri. Può anche essere utilizzato come materia prima per medicinali, pesticidi, coloranti e rivestimenti. Alcune persone hanno trovato acrilammide negli alimenti, come l'acrilammide nel caffè e nelle patatine.
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Formula chimica |
C3H5NO |
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Messa esatta |
71 |
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Peso Molecolare |
71 |
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m/z |
71 (100.0%), 72 (3.2%) |
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Analisi elementare |
C, 50.69; H, 7.09; N, 19.71; O, 22.51 |
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L'acrilammide (C3H5NO) è una sostanza cristallina incolore e trasparente facilmente solubile in solventi polari come acqua ed etanolo. È incline alla polimerizzazione a temperature elevate superiori a 84,5 gradi o sotto l'azione della luce e degli ossidanti. I doppi legami carbonio-carbonio e i gruppi ammidici nella sua struttura molecolare gli conferiscono un'elevata reattività, rendendolo una materia prima chiave in settori quali l'industria, la protezione ambientale e la medicina.
L'uso principale è come monomero per la produzione di poliacrilammide (PAM). È un composto polimerico lineare-solubile in acqua preparato mediante polimerizzazione a radicali liberi dell'acrilammide. I gruppi ammidici nella sua catena molecolare possono essere ulteriormente idrolizzati per formare gruppi carbossilici, formando poliacrilammide parzialmente idrolizzata (HPAM). La poliacrilammide può essere classificata in tipi anionici, cationici e non ionici in base ai loro diversi usi ed è ampiamente utilizzata nei seguenti campi:
1. Trattamento delle acque
Trattamento delle acque reflue: come flocculante,polvere di acrilammideassorbe e collega i solidi sospesi e le particelle colloidali nell'acqua per formare grandi fiocchi e depositarsi, migliorando significativamente la velocità di sedimentazione e l'efficienza della chiarificazione. Ad esempio, negli impianti di trattamento delle acque reflue urbane, l'aggiunta di poliacrilammide può ridurre il contenuto di umidità dei fanghi dal 99% a meno dell'80%, riducendo i successivi costi di disidratazione.
Purificazione dell'acqua potabile: può rimuovere piccoli solidi sospesi e materia organica nell'acqua, ridurre la torbidità e migliorare la qualità dell'acqua. La sua sicurezza deve essere rigorosamente controllata per garantire che i livelli residui soddisfino gli standard dell’acqua potabile (come il limite UE di 0,1 μ g/L).
2. Estrazione dell'olio
Agente di spostamento dell'olio: la poliacrilammide parzialmente idrolizzata aumenta la viscosità della fase acquosa, migliora il rapporto di flusso dell'olio-acqua, espande il volume interessato e aumenta il tasso di recupero del petrolio greggio. Nel recupero terziario dell'olio, la soluzione di poliacrilammide può essere iniettata nella formazione per spostare l'olio residuo, aumentando il tasso di recupero del 5% -15%.
Additivi del fluido di perforazione: possono regolare la viscosità del fluido di perforazione, trasportare detriti rocciosi, prevenire il collasso del pozzo, ridurre la perdita di filtrazione e proteggere i giacimenti di petrolio e gas.
3. Industria della carta
Potenziatore: si combina con le fibre per formare una struttura a rete, migliorando la resistenza a secco e a umido della carta e riducendo il verificarsi di rotture e spargimenti.
Aiuto alla ritenzione: mediante la flocculazione di fibre fini e riempitivi, il tasso di ritenzione aumenta, il consumo di materie prime e lo scarico delle acque reflue vengono ridotti. Ad esempio, nella produzione di giornali, l'aggiunta di poliacrilammide può aumentare il tasso di ritenzione del riempitivo dal 60% all'85%.
4. Stampa e tintura di tessuti
Agente di amido: la soluzione di poliacrilammide può essere rivestita uniformemente sulla superficie del filato per formare una pellicola protettiva, ridurre la rottura e migliorare l'efficienza della tessitura.
Addensante per stampa: nella stampa a pigmenti, regolando la viscosità, l'inchiostro forma un disegno chiaro sul tessuto per evitare infiltrazioni.
Governance ambientale: materiali chiave per il controllo dell'inquinamento
I polimeri a base di acrilammide svolgono un ruolo insostituibile nel campo della protezione ambientale e la loro elevata efficienza e bassa tossicità li rendono il materiale preferito per il controllo dell'inquinamento.
1. Bonifica del suolo
Solidificazione/stabilizzazione: può combinarsi con gli ioni di metalli pesanti (come piombo e cadmio) nel terreno per formare composti stabili, riducendone la mobilità e la biodisponibilità. Ad esempio, in terreni agricoli contaminati da metalli pesanti, l’aggiunta di poliacrilammide può ridurre la concentrazione di metalli pesanti nel terreno di oltre l’80%.
Agente di ritenzione idrica: assorbe l'acqua centinaia di volte rispetto al suo stesso peso, forma un materiale simile al gel, rilascia lentamente l'acqua e migliora la capacità di ritenzione idrica del suolo. Nelle regioni aride, gli agenti di ritenzione idrica a base di poliacrilammide possono aumentare la resa dei raccolti del 20% -30%.
2. Trattamento delle acque reflue
Trattamento delle acque reflue dei giacimenti petroliferi:Polvere di acrilammidepuò rimuovere solidi sospesi, oli e metalli pesanti dalle acque reflue dei giacimenti petroliferi, ridurre la domanda chimica di ossigeno (COD) e la cromaticità e soddisfare gli standard per la reiniezione o lo scarico delle acque reflue.
Trattamento delle acque reflue di stampa e tintura: attraverso la flocculazione, le molecole di colorante e i solidi sospesi nelle acque reflue di stampa e tintura possono essere rimossi, migliorando la biodegradabilità e facilitando il successivo trattamento biologico.
3. Trattamento dei rifiuti solidi
Disidratazione dei fanghi: come condizionatore dei fanghi, può migliorare le prestazioni di disidratazione dei fanghi e ridurne il contenuto di umidità. Ad esempio, nel trattamento dei fanghi urbani, l'aggiunta di poliacrilammide può ridurre il volume dei fanghi di oltre il 50%, facilitandone il successivo smaltimento.
Tecnologie emergenti: applicazioni innovative di integrazione interdisciplinare
Con lo sviluppo della tecnologia, i materiali a base di acrilammide hanno mostrato un grande potenziale in campi come la nuova energia e la biomedicina.
1. Nuovo settore energetico
Rivestimento del separatore della batteria al litio: le particelle di nano silice generate dall'idrolisi possono essere rivestite uniformemente sulla superficie del separatore, formando una struttura porosa densa, migliorando la stabilità termica del separatore e il tasso di ritenzione dell'elettrolita. I dati sperimentali mostrano che la membrana rivestita in poliacrilammide ha un tasso di contrazione termica inferiore all'1% a 250 gradi, migliorando significativamente la sicurezza della batteria.
Pellicola fotovoltaica antiriflesso: l'introduzione di nanomateriali a base di poliacrilammide nella pellicola di incapsulamento dei moduli fotovoltaici può aumentare la trasmittanza solare del 2,3% e aumentare la produzione di energia annuale di un singolo modulo di circa 15 gradi.
2. Biomedicina
Veicolo a rilascio controllato del farmaco: l'idrogel di poliacrilammide ha una struttura a rete tridimensionale, che può caricare i farmaci e ottenere un rilascio sensibile al pH. Ad esempio, le microsfere di poliacrilammide caricate con il farmaco chemioterapico doxorubicina vengono rilasciate tre volte più velocemente in ambienti tumorali acidi rispetto a ambienti neutri, migliorando l’efficacia del trattamento e riducendo gli effetti collaterali.
Impalcatura di ingegneria tissutale: composito con polimeri naturali come chitosano e gelatina per preparare materiali di impalcatura biocompatibili che promuovono l'adesione e la proliferazione cellulare. Esperimenti su animali hanno dimostrato che il modello di difetto osseo impiantato con scaffold a base di poliacrilammide può generare il 40% in più di nuovo osso entro 4 settimane rispetto ai materiali tradizionali.
3. 3Stampa D
Resina fotopolimerizzabile: regolando il tasso di idrolisi dell'acrilammide, è stata sviluppata una resina speciale per la stampa 3D fotopolimerizzata. La sua precisione di stampa raggiunge i 20 μm, che possono essere utilizzati per produrre dispositivi ad alta-precisione come chip microfluidici e lenti ottiche.
Bioprinting: come inchiostro biologico, l'idrogel a base di poliacrilammide può stampare la struttura tridimensionale-del carico cellulare per la ricerca sulla riparazione dei tessuti e sulla rigenerazione degli organi.
Polvere di acrilammidei materiali a base di carbonio possono mantenere prestazioni stabili in condizioni estreme come alta temperatura e alta pressione, soddisfacendo le esigenze di campi speciali.
1. Aerospaziale
Rivestimento resistente alle alte temperature: il rivestimento resistente alle alte-temperature preparato mediante compounding con silicato può resistere a temperature superiori a 1000 gradi ed è ampiamente utilizzato in ambienti estremi come gli ugelli dei motori a razzo e gli strati isolanti dei veicoli spaziali. Ad esempio, dopo aver utilizzato un rivestimento a base di poliacrilammide sul guscio esterno di un certo tipo di veicolo spaziale, la temperatura superficiale è diminuita di 40 gradi e l'efficienza della protezione termica è aumentata del 60% negli esperimenti simulati di radiazione spaziale.
Materiale isolante: il filo di rame rivestito con rivestimento isolante a base di poliacrilammide può essere avvolto nel rotore e nello statore dei motori ed è ampiamente utilizzato negli strumenti elettrici. Il suo elevato coefficiente di resistenza e l'elevata resistenza alla rottura elettrica possono prevenire efficacemente perdite e cortocircuiti.
2. Industria nucleare
Smaltimento dei rifiuti radioattivi: può solidificare i rifiuti radioattivi per formare blocchi solidi stabili, riducendo il rischio di perdite. La sua forma solidificata ha un'eccellente resistenza alla lisciviazione e soddisfa gli standard dell'Agenzia internazionale per l'energia atomica (AIEA).
Barre di controllo del reattore nucleare: i materiali ceramici a base di poliacrilammide hanno eccellenti proprietà di assorbimento dei neutroni e possono essere utilizzati per produrre barre di controllo del reattore nucleare e regolare la velocità di reazione.
L'acrilammide può essere sintetizzata in molti modi:
L'acrilonitrile e l'acqua vengono idrolizzati in acrilammide solfato in presenza di acido solforico e quindi neutralizzati con ammoniaca liquida per formare acrilammide e solfato di ammonio:
CH2=CHCN+H2O+H2COSÌ4→CA2=CHCONH2·H2SO4
CH2=CHCONH2·H2COSÌ4+2NH3→CA2=CHCONH2+(NH4)2SO4
Gli svantaggi di questo metodo sono che il prodotto produce una grande quantità di-solfato di ammonio di basso valore, l'efficienza del fertilizzante non è elevata e vi sono seri problemi come la corrosione dell'acido solforico e l'inquinamento.
L'acrilonitrile e l'acqua sono idratati in fase liquida a 70 ~ 120 gradi e 0,4 MPa sotto l'azione del catalizzatore di rame.
CH2=CH-CN+H2O→CA2=CHCONH2
Dopo la reazione, il catalizzatore viene filtrato e l'acrilonitrile non reagito viene recuperato. La soluzione acquosa di acrilammide viene concentrata e raffreddata per ottenere cristalli di acrilammide.
Il processo è semplice e la selettività e la resa dell'acrilammide possono raggiungere oltre il 98%.
L'acrilammide viene preparata con metodo biologico. Il prodotto di acrilammide può essere ottenuto miscelando l'acqua della materia prima e il biocatalizzatore immobilizzato in una soluzione idratata e separando il catalizzatore di scarto dopo la reazione catalitica.
È caratterizzato da attrezzature semplici e funzionamento sicuro; La prestazione specifica dell'enzima rende la selettività estremamente elevata e non vi è alcuna reazione collaterale. Quando viene utilizzato il ceppo J-1, la temperatura di reazione è 5-15 gradi, il pH è 7-8, la frazione di massa di acrilonitrile nella zona di reazione è 1% e 2%, la conversione dell'acrilonitrile è 99,99% e la selettività dell'acrilammide è 99,98%.
La frazione di massa dipolvere di acrilammideall'uscita del reattore è prossimo al 50%; la quantità di catalizzatore enzimatico inattivo scaricato dal sistema è inferiore allo 0,1% del prodotto. Senza il trattamento a scambio ionico, l'operazione di separazione e purificazione è notevolmente semplificata e la concentrazione del prodotto è elevata. Non è richiesta alcuna operazione di concentrazione: l'intero processo è semplice e conveniente, il che favorisce la produzione su piccola-scala.
1. L'acrilammide contiene un doppio legame carbonio-carbonio e un gruppo ammidico e ha la generalità chimica del doppio legame. È facile da polimerizzare sotto irradiazione ultravioletta o alla temperatura del punto di fusione; Inoltre, il doppio legame può subire una reazione di addizione per addizionarsi con un composto idrossilico in condizioni basiche per formare un etere; Monoaddotti o addotti binari possono essere formati per addizione con ammine primarie; i monoaddotti possono essere formati solo per addizione con ammine secondarie; i sali di ammonio quaternario possono essere formati per addizione con ammine terziarie; Mediante addizione con il chetone attivato, l'addotto può essere immediatamente ciclizzato per formare lattame. Può anche essere addizionato con composti inorganici come solfito di sodio, bisolfito di sodio, acido cloridrico e acido bromidrico.
2. Questo prodotto può anche essere copolimerizzato, ad esempio copolimerizzato con altri acrilati, stirene, etilene alogenato, ecc.; Il doppio legame può anche essere ridotto mediante boroidruro, boruro di nichel, rodio carbonile e altri catalizzatori per formare propionammide; I dioli possono essere prodotti mediante ossidazione catalitica con tetrossido di osmio.
3. Il gruppo ammidico di questo prodotto ha le proprietà chimiche generali delle ammidi alifatiche: reagisce con l'acido solforico per formare sali; In presenza di un catalizzatore basico, gli ioni acrilici si formano per idrolisi; In presenza di un catalizzatore acido, l'acido acrilico si forma per idrolisi; Disidratazione in presenza di un agente disidratante per produrre acrilonitrile; Reagisce con la formaldeide per formare N-idrossimetilacrilammide.
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