polvo de acrilamidaEs el componente central de la acrilamida. Es un compuesto orgánico con fórmula química de c3h5no, CAS 79-06-1. El polvo cristalino blanco, soluble en agua (formando una solución de acrilamida), etanol, éter y acetona, insoluble en benceno y hexano, puede formar una solución madre de acrilamida. La acrilamida es el tipo de sistema de acrilamida más importante y simple. Se utiliza ampliamente como materias primas sintéticas orgánicas y materiales poliméricos. Muchos materiales sintéticos se pueden preparar mediante polimerización con acetato de vinilo, estireno, cloruro de vinilo, acrilonitrilo y otros monómeros. También se puede utilizar como materia prima para medicamentos, pesticidas, tintes y recubrimientos. Algunas personas encontraron acrilamida en los alimentos, como la acrilamida en el café y las patatas fritas.
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Fórmula química |
C3H5NO |
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Masa exacta |
71 |
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Peso molecular |
71 |
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m/z |
71 (100.0%), 72 (3.2%) |
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Análisis elemental |
C, 50.69; H, 7.09; N, 19.71; O, 22.51 |
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La acrilamida (C3H5NO) es una sustancia cristalina incolora y transparente que es fácilmente soluble en disolventes polares como el agua y el etanol. Es propenso a la polimerización a altas temperaturas superiores a 84,5 grados o bajo la acción de la luz y oxidantes. Los dobles enlaces carbono-carbono y los grupos amida en su estructura molecular le confieren una alta reactividad, lo que la convierte en una materia prima clave en industrias como la industria, la protección del medio ambiente y la medicina.
El uso principal es como monómero para producir poliacrilamida (PAM). Es un compuesto polimérico lineal -soluble en agua preparado mediante polimerización por radicales libres de acrilamida. Los grupos amida en su cadena molecular se pueden hidrolizar aún más para formar grupos carboxilo, formando poliacrilamida parcialmente hidrolizada (HPAM). La poliacrilamida se puede clasificar en tipos aniónicos, catiónicos y no iónicos según sus diferentes usos, y es ampliamente utilizada en los siguientes campos:
1. Tratamiento de agua
Tratamiento de aguas residuales: como floculante,polvo de acrilamidaAdsorbe y une sólidos suspendidos y partículas coloidales en agua para formar grandes flóculos y sedimentarse, mejorando significativamente la velocidad de sedimentación y la eficiencia de clarificación. Por ejemplo, en plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas, la adición de poliacrilamida puede reducir el contenido de humedad del lodo del 99 % a menos del 80 %, lo que reduce los costos de deshidratación posteriores.
Purificación de agua potable: puede eliminar pequeños sólidos suspendidos y materia orgánica en el agua, reducir la turbidez y mejorar la calidad del agua. Su seguridad debe controlarse estrictamente para garantizar que los niveles residuales cumplan con los estándares del agua potable (como el límite de la UE de 0,1 μ g/L).
2.Extracción de petróleo
Agente de desplazamiento de petróleo: la poliacrilamida parcialmente hidrolizada aumenta la viscosidad de la fase acuosa, mejora la relación de flujo de agua de petróleo-, expande el volumen afectado y aumenta la tasa de recuperación de petróleo crudo. En la recuperación de petróleo terciario, se puede inyectar una solución de poliacrilamida en la formación para desplazar el petróleo residual, aumentando la tasa de recuperación entre un 5% y un 15%.
Aditivos para fluidos de perforación: pueden ajustar la viscosidad del fluido de perforación, transportar escombros de roca, prevenir el colapso del pozo, reducir la pérdida por filtración y proteger los yacimientos de petróleo y gas.
3. Industria del papel
Potenciador: Se combina con fibras para formar una estructura de red, mejorando la resistencia seca y húmeda del papel y reduciendo la aparición de roturas y desprendimientos.
Ayuda a la retención: mediante la floculación de fibras finas y cargas, se aumenta la tasa de retención, se reduce el consumo de materia prima y el vertido de aguas residuales. Por ejemplo, en la producción de papel de periódico, la adición de poliacrilamida puede aumentar la tasa de retención de carga del 60 % al 85 %.
4. Estampado y teñido de textiles
Agente de almidón: la solución de poliacrilamida se puede recubrir uniformemente sobre la superficie del hilo para formar una película protectora, reducir la rotura y mejorar la eficiencia del tejido.
Espesante de impresión: en la impresión con pigmentos, al ajustar la viscosidad, la tinta forma un patrón claro en la tela para evitar la infiltración.
Gobernanza ambiental: materiales clave para el control de la contaminación
Los polímeros a base de acrilamida desempeñan un papel insustituible en el campo de la protección ambiental y su alta eficiencia y baja toxicidad los convierten en el material preferido para el control de la contaminación.
1. Remediación del suelo
Solidificación/estabilización: Puede combinarse con iones de metales pesados (como plomo y cadmio) en el suelo para formar compuestos estables, reduciendo su movilidad y biodisponibilidad. Por ejemplo, en tierras agrícolas contaminadas con metales pesados, la adición de poliacrilamida puede reducir la concentración de lixiviación de metales pesados en el suelo en más del 80%.
Agente de retención de agua: absorbe agua cientos de veces su propio peso, forma un material similar a un gel, libera agua lentamente y mejora la capacidad de retención de agua del suelo. En las regiones áridas, los agentes retenedores de agua a base de poliacrilamida pueden aumentar el rendimiento de los cultivos entre un 20% y un 30%.
2. Tratamiento de aguas residuales
Tratamiento de aguas residuales de yacimientos petrolíferos:polvo de acrilamidapuede eliminar sólidos suspendidos, aceites y metales pesados de las aguas residuales de los yacimientos petrolíferos, reducir la demanda química de oxígeno (DQO) y la cromaticidad, y cumplir con los estándares para la reinyección o descarga de aguas residuales.
Tratamiento de aguas residuales de impresión y teñido: Mediante la floculación, se pueden eliminar las moléculas de tinte y los sólidos en suspensión de las aguas residuales de impresión y teñido, mejorando la biodegradabilidad y facilitando el tratamiento biológico posterior.
3. Tratamiento de residuos sólidos
Deshidratación de lodos: como acondicionador de lodos, puede mejorar el rendimiento de deshidratación de los lodos y reducir su contenido de humedad. Por ejemplo, en el tratamiento de lodos urbanos, la adición de poliacrilamida puede reducir el volumen de lodos en más de un 50%, facilitando su posterior eliminación.
Tecnologías emergentes: aplicaciones innovadoras de la integración interdisciplinaria
Con el desarrollo de la tecnología, los materiales a base de acrilamida han mostrado un gran potencial en campos como las nuevas energías y la biomedicina.
1. Nuevo sector energético
Recubrimiento del separador de batería de litio: las nanopartículas de sílice generadas por hidrólisis pueden recubrirse uniformemente sobre la superficie del separador, formando una estructura porosa densa, mejorando la estabilidad térmica del separador y la tasa de retención de electrolitos. Los datos experimentales muestran que la membrana recubierta con poliacrilamida tiene una tasa de contracción térmica inferior al 1% a 250 grados, lo que mejora significativamente la seguridad de la batería.
Película fotovoltaica antirreflectante: la introducción de nanomateriales a base de poliacrilamida en la película de encapsulación de los módulos fotovoltaicos puede aumentar la transmitancia solar en un 2,3% y aumentar la generación de energía anual de un solo módulo en unos 15 grados.
2. Biomedicina
Portador de liberación controlada de fármacos: el hidrogel de poliacrilamida tiene una estructura de red tridimensional-, que puede cargar fármacos y lograr una liberación sensible al pH. Por ejemplo, las microesferas de poliacrilamida cargadas con el fármaco de quimioterapia doxorrubicina se liberan tres veces más rápido en entornos tumorales ácidos que en entornos neutros, lo que mejora la eficacia del tratamiento y reduce los efectos secundarios.
Andamio de ingeniería de tejidos: compuesto con polímeros naturales como quitosano y gelatina para preparar materiales de andamio biocompatibles que promuevan la adhesión y proliferación celular. Los experimentos con animales han demostrado que el modelo de defecto óseo implantado con estructuras a base de poliacrilamida puede generar un 40% más de hueso nuevo en 4 semanas en comparación con los materiales tradicionales.
3. 3Impresión D
Resina fotopolimerizable: Al regular la tasa de hidrólisis de la acrilamida, se ha desarrollado una resina especial para la impresión 3D fotopolimerizable. Su precisión de impresión alcanza los 20 μm, que se pueden utilizar para fabricar dispositivos de alta-precisión, como chips de microfluidos y lentes ópticas.
Bioimpresión: como tinta biológica, el hidrogel a base de poliacrilamida puede imprimir la estructura tridimensional de la carga celular para la investigación de la reparación de tejidos y la regeneración de órganos.
polvo de acrilamidaLos materiales a base pueden mantener un rendimiento estable en condiciones extremas, como alta temperatura y alta presión, satisfaciendo las necesidades de campos especiales.
1. Aeroespacial
Revestimiento resistente a altas temperaturas: el revestimiento resistente a altas-temperaturas preparado mediante combinación con silicato puede soportar temperaturas superiores a 1000 grados y se usa ampliamente en entornos extremos, como boquillas de motores de cohetes y capas aislantes de naves espaciales. Por ejemplo, después de utilizar un revestimiento a base de poliacrilamida en la capa exterior de cierto tipo de nave espacial, la temperatura de la superficie disminuyó 40 grados y la eficiencia de la protección térmica aumentó un 60% en experimentos de radiación espacial simulados.
Material aislante: El alambre de cobre recubierto con una capa aislante a base de poliacrilamida se puede enrollar en el rotor y el estator de motores y se usa ampliamente en instrumentos eléctricos. Su alto coeficiente de resistencia y su alta resistencia a las roturas eléctricas pueden prevenir eficazmente fugas y cortocircuitos.
2. Industria nuclear
Eliminación de desechos radiactivos: puede solidificar los desechos radiactivos para formar bloques sólidos estables, reduciendo el riesgo de fugas. Su forma solidificada tiene una excelente resistencia a la lixiviación y cumple con los estándares de la Agencia Internacional de Energía Atómica (OIEA).
Barras de control de reactores nucleares: los materiales cerámicos a base de poliacrilamida tienen excelentes propiedades de absorción de neutrones y pueden usarse para fabricar barras de control de reactores nucleares y regular las velocidades de reacción.
La acrilamida se puede sintetizar de muchas formas:
El acrilonitrilo y el agua se hidrolizan en sulfato de acrilamida en presencia de ácido sulfúrico y luego se neutralizan con amoníaco líquido para formar acrilamida y sulfato de amonio:
CH2=CHCN+H2O+H2ENTONCES4→CH2=CHCONH2·H2SO4
CH2=CHCONH2·H2ENTONCES4+2NH3→CH2=CHCONH2+(NH4)2SO4
Las desventajas de este método son que el producto produce una gran cantidad de sulfato de amonio de bajo-valor-, la eficiencia del fertilizante no es alta y existen problemas graves como la corrosión y la contaminación por ácido sulfúrico.
El acrilonitrilo y el agua se hidratan en fase líquida a 70 ~ 120 grados y 0,4 MPa bajo la acción de un catalizador de cobre.
CH2=CH-CN+H2O→CH2=CHCONH2
Después de la reacción, se separa por filtración el catalizador y se recupera el acrilonitrilo que no ha reaccionado. La solución acuosa de acrilamida se concentra y se enfría para obtener cristales de acrilamida.
El proceso es sencillo y la selectividad y el rendimiento de acrilamida pueden alcanzar más del 98%.
La acrilamida se prepara por método biológico. El producto de acrilamida se puede obtener mezclando agua como materia prima y biocatalizador inmovilizado en una solución hidratada y separando el catalizador residual después de la reacción catalítica.
Se caracteriza por un equipamiento sencillo y un funcionamiento seguro; El rendimiento específico de la enzima hace que la selectividad sea extremadamente alta y no haya reacciones secundarias. Cuando se usa la cepa J-1, la temperatura de reacción es de 5 a 15 grados, el pH es de 7 a 8, la fracción de masa de acrilonitrilo en la zona de reacción es de 1% y 2%, la conversión de acrilonitrilo es de 99,99% y la selectividad de acrilamida es de 99,98%.
La fracción de masa depolvo de acrilamidaa la salida del reactor es cercano al 50%; la cantidad de catalizador enzimático inactivo descargado del sistema es inferior al 0,1% del producto. Sin tratamiento de intercambio iónico, la operación de separación y purificación se simplifica enormemente y la concentración del producto es alta. No se requiere operación de concentración: todo el proceso es simple y conveniente, lo que favorece la producción a pequeña escala-.
1. La acrilamida contiene un doble enlace carbono-carbono y un grupo amida, y tiene una generalidad química de doble enlace. Es fácil de polimerizar bajo irradiación ultravioleta o a la temperatura del punto de fusión; Además, el doble enlace puede sufrir una reacción de adición para añadirse con un compuesto hidroxilo en condiciones básicas para formar un éter; Se pueden formar monoaductos o aductos binarios mediante adición de aminas primarias; los monoaductos sólo pueden formarse mediante adición de aminas secundarias; se pueden formar sales de amonio cuaternario mediante adición de aminas terciarias; Mediante la adición de la cetona activada, el aducto puede ciclarse inmediatamente para formar lactama. También se le pueden añadir compuestos inorgánicos como sulfito de sodio, bisulfito de sodio, cloruro de hidrógeno y bromuro de hidrógeno.
2. Este producto también se puede copolimerizar, como copolimerizar con otros acrilatos, estireno, etileno halogenado, etc. El doble enlace también puede reducirse mediante borohidruro, boruro de níquel, rodio carbonilo y otros catalizadores para formar propionamida; Los dioles se pueden producir mediante oxidación catalítica con tetróxido de osmio.
3. El grupo amida de este producto tiene las propiedades químicas generales de las amidas alifáticas: reacciona con ácido sulfúrico para formar sales; En presencia de un catalizador básico, los iones acrílicos se forman mediante hidrólisis; En presencia de un catalizador ácido, el ácido acrílico se forma por hidrólisis; Deshidratación en presencia de un agente deshidratante para producir acrilonitrilo; Reacciona con formaldehído para formar N-hidroximetilacrilamida.
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