Acrylamid-Pulverist der Kernbestandteil von Acrylamid. Es ist eine organische Verbindung mit der chemischen Formel c3h5no, CAS 79-06-1. Weißes kristallines Pulver, löslich in Wasser (Bildung einer Acrylamidlösung), Ethanol, Ether und Aceton, unlöslich in Benzol und Hexan, kann eine Acrylamid-Stammlösung bilden. Acrylamid ist das wichtigste und einfachste Acrylamidsystem. Es wird häufig als organischer synthetischer Rohstoff und Polymermaterial verwendet. Viele synthetische Materialien können durch Polymerisation mit Vinylacetat, Styrol, Vinylchlorid, Acrylnitril und anderen Monomeren hergestellt werden. Es kann auch als Rohstoff für Medikamente, Pestizide, Farbstoffe und Beschichtungen verwendet werden. Manche Menschen fanden Acrylamid in Lebensmitteln, beispielsweise Acrylamid in Kaffee und Chips.
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Chemische Formel |
C3H5NO |
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Genaue Masse |
71 |
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Molekulargewicht |
71 |
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m/z |
71 (100.0%), 72 (3.2%) |
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Elementaranalyse |
C, 50.69; H, 7.09; N, 19.71; O, 22.51 |
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Acrylamid (C3H5NO) ist eine farblose und transparente kristalline Substanz, die in polaren Lösungsmitteln wie Wasser und Ethanol leicht löslich ist. Bei hohen Temperaturen über 84,5 Grad oder unter Einwirkung von Licht und Oxidationsmitteln neigt es zur Polymerisation. Die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen und Amidgruppen in seiner Molekülstruktur verleihen ihm eine hohe Reaktivität und machen ihn zu einem wichtigen Rohstoff in Branchen wie Industrie, Umweltschutz und Medizin.
Die Hauptverwendung liegt als Monomer zur Herstellung von Polyacrylamid (PAM). Es handelt sich um eine lineare wasserlösliche Polymerverbindung, die durch radikalische Polymerisation von Acrylamid hergestellt wird. Die Amidgruppen in seiner Molekülkette können weiter hydrolysiert werden, um Carboxylgruppen zu bilden, wodurch teilweise hydrolysiertes Polyacrylamid (HPAM) entsteht. Polyacrylamid kann je nach Verwendungszweck in anionische, kationische und nichtionische Typen eingeteilt werden und wird häufig in den folgenden Bereichen eingesetzt:
1. Wasseraufbereitung
Abwasserbehandlung: Als Flockungsmittel,Acrylamidpulveradsorbiert und überbrückt suspendierte Feststoffe und kolloidale Partikel im Wasser, um große Flocken zu bilden und sich abzusetzen, wodurch die Absetzgeschwindigkeit und die Klärungseffizienz erheblich verbessert werden. Beispielsweise kann in städtischen Kläranlagen durch die Zugabe von Polyacrylamid der Feuchtigkeitsgehalt des Schlamms von 99 % auf unter 80 % gesenkt werden, wodurch die anschließenden Entwässerungskosten gesenkt werden.
Trinkwasserreinigung: Es kann kleine Schwebstoffe und organische Stoffe im Wasser entfernen, Trübungen reduzieren und die Wasserqualität verbessern. Seine Sicherheit muss streng kontrolliert werden, um sicherzustellen, dass die Restmengen den Trinkwasserstandards entsprechen (z. B. dem EU-Grenzwert von 0,1 μg/L).
2.Ölförderung
Ölverdrängungsmittel: Teilweise hydrolysiertes Polyacrylamid erhöht die Viskosität der wässrigen Phase, verbessert das Öl-Wasser-Durchflussverhältnis, vergrößert das betroffene Volumen und erhöht die Rohölgewinnungsrate. Bei der tertiären Ölgewinnung kann eine Polyacrylamidlösung in die Formation injiziert werden, um Restöl zu verdrängen, wodurch die Gewinnungsrate um 5–15 % erhöht wird.
Bohrflüssigkeitszusätze: können die Viskosität der Bohrflüssigkeit anpassen, Gesteinsschutt transportieren, den Einsturz von Bohrlöchern verhindern, Filtrationsverluste reduzieren und Öl- und Gaslagerstätten schützen.
3. Papierindustrie
Verstärker: Es verbindet sich mit Fasern und bildet eine Netzwerkstruktur, die die Trocken- und Nassfestigkeit des Papiers verbessert und das Auftreten von Bruch und Abblättern verringert.
Retentionshilfe: Durch die Flockung feiner Fasern und Füllstoffe wird die Retentionsrate erhöht, Rohstoffverbrauch und Abwassereinleitung werden reduziert. Beispielsweise kann bei der Herstellung von Zeitungspapier durch die Zugabe von Polyacrylamid die Füllstoffretentionsrate von 60 % auf 85 % erhöht werden.
4. Textildruck und Färben
Stärkemittel: Polyacrylamidlösung kann gleichmäßig auf die Oberfläche des Garns aufgetragen werden, um einen Schutzfilm zu bilden, Bruch zu reduzieren und die Webeffizienz zu verbessern.
Druckverdicker: Beim Pigmentdruck bildet die Tinte durch Anpassung der Viskosität ein klares Muster auf dem Stoff, um ein Eindringen zu verhindern.
Umweltgovernance: Schlüsselmaterialien für die Kontrolle der Umweltverschmutzung
Polymere auf Acrylamidbasis spielen im Bereich des Umweltschutzes eine unersetzliche Rolle und ihre hohe Effizienz und geringe Toxizität machen sie zum bevorzugten Material für die Kontrolle der Umweltverschmutzung.
1. Bodensanierung
Verfestigung/Stabilisierung: Es kann sich mit Schwermetallionen (wie Blei und Cadmium) im Boden zu stabilen Verbindungen verbinden und so deren Mobilität und Bioverfügbarkeit verringern. Beispielsweise kann in mit Schwermetallen belasteten Ackerflächen durch die Zugabe von Polyacrylamid die Auswaschkonzentration von Schwermetallen im Boden um mehr als 80 % reduziert werden.
Wasserrückhaltemittel: Nimmt das Hundertfache seines Eigengewichts an Wasser auf, bildet ein gelartiges Material, gibt Wasser langsam ab und verbessert die Wasserrückhaltekapazität des Bodens. In trockenen Regionen können Wasserrückhaltemittel auf Polyacrylamidbasis den Ernteertrag um 20 bis 30 % steigern.
2. Abwasserbehandlung
Abwasserbehandlung von Ölfeldern:Acrylamid-Pulverkann suspendierte Feststoffe, Öle und Schwermetalle aus Ölfeldabwässern entfernen, den chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) und die Chromatizität reduzieren und die Standards für die Wiederinjektion oder Einleitung von Abwasser erfüllen.
Druck- und Färbereiabwasseraufbereitung: Durch Flockung können Farbstoffmoleküle und suspendierte Feststoffe im Druck- und Färbereiabwasser entfernt werden, wodurch die biologische Abbaubarkeit verbessert und die anschließende biologische Behandlung erleichtert wird.
3. Behandlung fester Abfälle
Schlammentwässerung: Als Schlammkonditionierer kann es die Entwässerungsleistung von Schlamm verbessern und seinen Feuchtigkeitsgehalt reduzieren. Beispielsweise kann bei der städtischen Schlammbehandlung durch die Zugabe von Polyacrylamid das Schlammvolumen um mehr als 50 % reduziert werden, was die anschließende Entsorgung erleichtert.
Neue Technologien: Innovative Anwendungen der interdisziplinären Integration
Mit der Entwicklung der Technologie haben Materialien auf Acrylamidbasis großes Potenzial in Bereichen wie neue Energie und Biomedizin gezeigt.
1. Neuer Energiesektor
Beschichtung des Lithiumbatterie-Separators: Durch Hydrolyse erzeugte Nano-Silica-Partikel können gleichmäßig auf die Oberfläche des Separators aufgetragen werden und bilden eine dichte poröse Struktur, wodurch die thermische Stabilität des Separators und die Elektrolytretentionsrate verbessert werden. Experimentelle Daten zeigen, dass die mit Polyacrylamid beschichtete Membran bei 250 Grad eine thermische Schrumpfungsrate von weniger als 1 % aufweist, was die Batteriesicherheit erheblich verbessert.
Antireflexion von Photovoltaikfolien: Die Einführung von Nanomaterialien auf Polyacrylamidbasis in die Verkapselungsfolie von Photovoltaikmodulen kann die Sonnendurchlässigkeit um 2,3 % erhöhen und die jährliche Stromerzeugung eines einzelnen Moduls um etwa 15 Grad steigern.
2. Biomedizin
Trägerstoff mit kontrollierter Wirkstofffreisetzung: Polyacrylamid-Hydrogel verfügt über eine dreidimensionale Netzwerkstruktur, die Wirkstoffe beladen und eine pH-abhängige Freisetzung erreichen kann. Beispielsweise werden Polyacrylamid-Mikrokügelchen, die mit dem Chemotherapeutikum Doxorubicin beladen sind, in sauren Tumorumgebungen dreimal schneller freigesetzt als in neutralen Umgebungen, wodurch die Wirksamkeit der Behandlung verbessert und Nebenwirkungen reduziert werden.
Tissue-Engineering-Gerüst: Verbundwerkstoff mit natürlichen Polymeren wie Chitosan und Gelatine zur Herstellung biokompatibler Gerüstmaterialien, die die Zelladhäsion und -proliferation fördern. Tierversuche haben gezeigt, dass das mit Polyacrylamid-basierten Gerüsten implantierte Knochendefektmodell im Vergleich zu herkömmlichen Materialien innerhalb von 4 Wochen 40 % mehr neuen Knochen erzeugen kann.
3. 3D-Druck
Lichthärtendes Harz: Durch die Regulierung der Hydrolyserate von Acrylamid wurde ein spezielles Harz für den lichthärtenden 3D-Druck entwickelt. Seine Druckgenauigkeit erreicht 20 μm und kann zur Herstellung hochpräziser Geräte wie Mikrofluidik-Chips und optischer Linsen verwendet werden.
Bioprinting: Als biologische Tinte kann Hydrogel auf Polyacrylamidbasis die dreidimensionale Struktur der Zelllast für die Forschung zur Gewebereparatur und Organregeneration drucken.
Acrylamid-Pulverbasierte Materialien können unter extremen Bedingungen wie hoher Temperatur und hohem Druck eine stabile Leistung aufrechterhalten und erfüllen so die Anforderungen spezieller Bereiche.
1. Luft- und Raumfahrt
Hochtemperaturbeständige Beschichtung: Die hochtemperaturbeständige Beschichtung, die durch Mischen mit Silikat hergestellt wird, hält Temperaturen über 1000 Grad stand und wird häufig in extremen Umgebungen wie Raketentriebwerksdüsen und Isolationsschichten von Raumfahrzeugen eingesetzt. Beispielsweise sank nach der Verwendung einer Polyacrylamid-basierten Beschichtung auf der Außenhülle eines bestimmten Raumfahrzeugtyps die Oberflächentemperatur in simulierten Weltraumstrahlungsexperimenten um 40 Grad und die Wärmeschutzeffizienz stieg um 60 %.
Isoliermaterial: Mit einer Isolierbeschichtung auf Polyacrylamidbasis beschichteter Kupferdraht kann in den Rotor und Stator von Motoren gewickelt werden und wird häufig in elektrischen Instrumenten verwendet. Sein hoher Widerstandskoeffizient und seine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit können Leckagen und Kurzschlüsse wirksam verhindern.
2. Nuklearindustrie
Entsorgung radioaktiver Abfälle: Es kann radioaktive Abfälle zu stabilen festen Blöcken verfestigen und so das Risiko einer Leckage verringern. Seine verfestigte Form weist eine ausgezeichnete Auslaugungsbeständigkeit auf und entspricht den Standards der Internationalen Atomenergiebehörde (IAEA).
Steuerstäbe für Kernreaktoren: Keramikmaterialien auf Polyacrylamidbasis verfügen über hervorragende Neutronenabsorptionseigenschaften und können zur Herstellung von Steuerstäben für Kernreaktoren und zur Regulierung der Reaktionsgeschwindigkeiten verwendet werden.
Acrylamid kann auf viele Arten synthetisiert werden:
Acrylnitril und Wasser werden in Gegenwart von Schwefelsäure zu Acrylamidsulfat hydrolysiert und dann mit flüssigem Ammoniak neutralisiert, um Acrylamid und Ammoniumsulfat zu bilden:
CH2=CHCN+H2O+H2ALSO4→CH2=CHCONH2·H2SO4
CH2=CHCONH2·H2ALSO4+2NH3→CH2=CHCONH2+(NH4)2SO4
Die Nachteile dieser Methode bestehen darin, dass eine große Menge an minderwertigem Ammoniumsulfat als-Produkt entsteht, die Düngewirkung nicht hoch ist und schwerwiegende Probleme wie Korrosion und Umweltverschmutzung durch Schwefelsäure auftreten.
Acrylnitril und Wasser werden in flüssiger Phase bei 70 bis 120 Grad und 0,4 MPa unter der Wirkung eines Kupferkatalysators hydratisiert.
CH2=CH-CN+H2O→CH2=CHCONH2
Nach der Reaktion wird der Katalysator abfiltriert und das nicht umgesetzte Acrylnitril zurückgewonnen. Die wässrige Acrylamidlösung wird konzentriert und abgekühlt, um Acrylamidkristalle zu erhalten.
Das Verfahren ist einfach und die Selektivität und Ausbeute an Acrylamid kann mehr als 98 % erreichen.
Acrylamid wird auf biologische Weise hergestellt. Das Acrylamidprodukt kann durch Mischen des Rohmaterials Wasser und immobilisierten Biokatalysator zu einer hydratisierten Lösung und Abtrennen des Abfallkatalysators nach der katalytischen Reaktion erhalten werden.
Es zeichnet sich durch einfache Ausstattung und sichere Bedienung aus; Durch die spezifische Leistung des Enzyms ist die Selektivität extrem hoch und es treten keine Nebenreaktionen auf. Wenn der Stamm J-1 verwendet wird, beträgt die Reaktionstemperatur 5–15 Grad, der pH-Wert 7–8, der Acrylnitril-Massenanteil in der Reaktionszone beträgt 1 % und 2 %, die Acrylnitril-Umwandlung beträgt 99,99 % und die Acrylamid-Selektivität beträgt 99,98 %.
Der Massenanteil vonAcrylamidpulveram Ausgang des Reaktors beträgt er nahezu 50 %; die Menge des aus dem System ausgetragenen inaktiven Enzymkatalysators beträgt weniger als 0,1 % des Produkts. Ohne Ionenaustauschbehandlung wird der Trenn- und Reinigungsvorgang erheblich vereinfacht und die Produktkonzentration ist hoch. Es ist kein Konzentrationsvorgang erforderlich: Der gesamte Prozess ist einfach und bequem, was einer Produktion in kleinem Maßstab förderlich ist.
1. Acrylamid enthält eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung und eine Amidgruppe und weist im chemischen Sinne eine Doppelbindung auf. Es lässt sich leicht unter ultravioletter Bestrahlung oder bei der Schmelzpunkttemperatur polymerisieren; Darüber hinaus kann die Doppelbindung eine Additionsreaktion eingehen, bei der sie sich unter basischen Bedingungen mit einer Hydroxylverbindung addiert und so einen Ether bildet; Durch Addition mit primären Aminen können Monoaddukte oder binäre Addukte entstehen; Monoaddukte können nur durch Addition mit sekundären Aminen gebildet werden; quartäre Ammoniumsalze können durch Addition mit tertiären Aminen gebildet werden; Durch Zugabe des aktivierten Ketons kann das Addukt sofort zu Lactam cyclisiert werden. Es können auch anorganische Verbindungen wie Natriumsulfit, Natriumbisulfit, Chlorwasserstoff und Bromwasserstoff zugesetzt werden.
2. Dieses Produkt kann auch copolymerisiert werden, beispielsweise mit anderen Acrylaten, Styrol, halogeniertem Ethylen usw.; Die Doppelbindung kann auch durch Borhydrid, Nickelborid, Rhodiumcarbonyl und andere Katalysatoren reduziert werden, um Propionamid zu bilden; Diole können durch katalytische Oxidation mit Osmiumtetroxid hergestellt werden.
3. Die Amidgruppe dieses Produkts weist die allgemeinen chemischen Eigenschaften aliphatischer Amide auf: Sie reagiert mit Schwefelsäure unter Bildung von Salzen; In Gegenwart eines basischen Katalysators entstehen durch Hydrolyse Acrylionen; In Gegenwart eines sauren Katalysators entsteht durch Hydrolyse Acrylsäure; Dehydratisierung in Gegenwart eines Dehydratisierungsmittels zur Herstellung von Acrylnitril; Reagieren Sie mit Formaldehyd unter Bildung von N-Hydroxymethylacrylamid.
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