聚丙烯酰胺与硫酸反应

反应原理

聚丙烯酰胺（PAM）分子链上含有酰胺基（-CONH₂）。当与硫酸（H₂SO₄）反应时，在酸性较强的环境下，酰胺基会发生水解反应。硫酸提供的氢离子（H⁺）进攻酰胺基中的羰基氧原子，形成一个带正电荷的中间体，随后水分子参与反应，使酰胺键断裂。水解的主要产物是羧基（-COOH）和铵离子（-NH₃⁺），反应式可简单表示为：-CONH₂ + H⁺ + H₂O→ -COOH + NH₃⁺。

随着反应的进行，如果硫酸浓度足够高、反应时间足够长，聚丙烯酰胺分子链上的酰胺基会不断水解，分子结构逐渐被破坏，会形成小分子的有机酸和铵盐。

对聚丙烯酰胺性能的影响

电荷性质改变：聚丙烯酰胺原本是中性或具有一定离子性的（如阴离子型或阳离子型取决于其改性情况）。经过硫酸水解后，由于生成了羧基，使其阴离子性增强。这是因为羧基在水中可以电离出氢离子（H⁺），留下带负电的羧酸盐基团（-COO⁻），从而改变了聚丙烯酰胺在溶液中的电荷分布和电学性质。

分子量降低：硫酸的酸性环境会导致聚丙烯酰胺分子链的断裂。随着酰胺基的水解和分子链的不断受到酸性环境的侵蚀，分子链会逐渐变短，分子量降低。分子量的降低会严重影响聚丙烯酰胺作为絮凝剂或增稠剂的性能。例如，作为絮凝剂时，分子量降低其分子链的吸附架桥能力减弱，对悬浮颗粒的絮凝效果变差；作为增稠剂时，溶液的粘度会随着分子量的降低而减小。

溶解性变化：水解后的聚丙烯酰胺由于生成了更多的羧基和铵离子，其在水中的溶解性会发生变化。一方面，羧基的亲水性使得产物在水中的溶解性有增加的趋势；另一方面，若反应过于剧烈，分子链过度断裂形成的小分子产物会改变溶液的整体性质，导致溶解性的变化情况较为复杂。在一些情况下，会出现溶解性先增加后由于产物结构变化而降低的现象。