聚丙烯酰胺（PAM）自1893年在实验室制得以来历经百余年的发展，现已获得了分子量从几千至上千万的阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）、阴离子聚丙烯酰胺（APAM）、两性聚丙烯酰胺（AmPAM）以及非离子聚丙烯酰胺（NPAM）。各种离子型聚丙烯酰胺的工业产品剂型有水溶胶、粉剂、乳液及水分散型等四类，被广泛应用于水处理、石油、造纸以及医药、矿产冶金等行业。PAM在我国主要应用于石油、水处理、造纸三大行业，具有广泛的应用前景，而CPAM因具有较高密度的阳离子电荷具有更高的应用效能和应用价值，一直是广大科研工作者的研究热点。
一、CPAM的应用
1.水处理行业
随着废水中污染物的多样化，特别是带负电荷的有机物的含量不断提高，使用常规水处理剂难以达到满意效果。分子链上带有正电荷活性基团的CPAM絮凝剂，具有优良的除浊、脱色性能，可使带负电的胶体粒子发生脱稳，还可与带负电荷的溶解物反应生成不溶物，使微粒絮凝沉淀，水中总含碳量降低。CPAM可用于地表水、焦化废水、制药废水、洗煤废水、黄河高浊度水、垃圾渗滤液等，其中在印染废水处理中的应用最为广泛。
欧美及日本等国已将CPAM广泛应用于水处理行业，市场占有率达到总聚丙烯酰胺类絮凝剂的80%以上。而我国相对滞后，聚丙烯酰胺类的絮凝剂中仅有20%为阳离子型，且大多数质量较差，已成为制约我国水处理工业发展的“瓶颈”。
2.石油行业
聚丙烯酰胺虽然使水的表面张力降低很多，但分子中有活性基团，吸附于界面之后能改变界面状态，多年来一直作为增稠剂、降失水剂、絮凝剂、分散剂、降阻剂、阻垢剂、流度控制剂用于石油工业，以提高钻井流体流动性和石油采收率，并减少流体阻力。CPAM用于注水、注酸、压裂和钻井液，可抑制粘土水化膨胀、分散和转移, 防止井壁坍塌及注入流体对油气层的破坏，它适用于各种PH值，并且长期稳定。另外，还可用于油田污水的絮凝和脱油，处理后的污水可作为油田回注水而得以循环利用。
3.造纸行业
在造纸工业中，相对分子质量低的CPAM可作为纸张增强剂。CPAM 的酰胺基团与纤维表面的羟基有较强的分子间作用，并通过氢键结合。同时，CPAM 的正电荷与纸纤维的负电荷通过静电吸引得以结合，两种作用使纤维间的作用力加强，从而提高了纸张的强度。
相对分子质量中等的CPAM可作为助留助滤剂。作为助留剂时，CPAM分子链上带有的正电荷基团的电荷吸引和架桥作用以及絮块的包络作用使细小的纤维或粒子形成较大絮团，并保留在滤布上，从而使填料、纸纤维等的留着率大幅度提高，以达到减少纤维和填料的流失以及降低污染负荷的结果。当前，助留剂已由CPAM一元助留体系发展到了二元助留体系以及CPAM/微粒助留助滤系统。作为助滤剂时，CPAM的正电荷中和作用使纸纤维或填料表面的电荷降低，进而使水分子在填料和纸纤维等表面的润湿、定向排列性能降低，而填料和纸纤维等颗粒一定程度的凝聚使其比表面降低，从而改善了其脱水性。若将CPAM与硫酸铝联用，则助留助滤效果可进一步提高。
相对分子质量高的CPAM可作为絮凝剂，通过吸附架桥和电性中和的作用使排放水中流失的纸纤维和填料等絮凝沉淀得以回收利用。
4.其他行业
聚丙烯酰胺在矿冶领域中的应用主要涉及采矿、选矿和冶金等方面。在选矿过程中作为脱水剂，在选煤作业中主要用于浮选精煤、极细粒的泥质沉淀、循环水净化和尾矿水的处理，采用PAM不仅能提高过滤设备的生产能力，减少固体颗粒在滤液中的损失和增加精选产率，而且可降低滤饼水分。由于PAM降低了循环水的含泥量，从而成为防治黑水污染的重要手段。
在纺织工业用作织物后处理剂，可生成柔顺、防皱、防霉的保护层，减少纺细纱时的断纱率和防止织物的静电。在印染工业中用作印染助剂，可增大染料的附着牢度，提高颜色的鲜艳度。在建筑行业可作为装饰粘结剂、水泥添加剂、防火玻璃及陶瓷分散剂。在农林行业，由于PAM具有保土、保水、保肥和增产的作用，可广泛用作土壤改良剂和种子培养剂等。
目前，CPAM应用新领域的研究开发主要集中在复合材料方面，具体包括：由蒙脱土与PAM制备的插层复合物作调湿剂，丙烯酰胺/氧化石墨和聚丙烯酰胺/氧化石墨纳米复合阻燃材料，PAM聚合物在分子层次上掺杂的金属基复合镀覆技术以及功能性侧链液晶聚丙烯酰胺的研制。其中，液晶聚合物具有可控的液晶相变温度，并具有较好的光电性质，是极具应用前景的新型功能性聚合物。
二、CPAM的制备方法
目前CPAM常用的合成方法主要有阳离子改性法和单体共聚法。阳离子改性法因其阳离子度及分子量的可控性较低、生产经济性较差，目前已较少采用。主要采用的单体共聚法包括水溶液聚合、反相乳液聚合、反相悬浮聚合、水分散聚合等工艺。
1.水溶液聚合
水溶液聚合法是PAM生产历史最悠久的方法，采用该法可以生产聚丙烯酰胺胶体和粉状产品。聚丙烯酰胺胶体一般采用8%~10%丙烯酰胺水溶液在引发剂作用下直接聚合；干粉则多用25%~30%丙烯酰胺溶液进行聚合，聚丙烯酰胺胶体经造粒、捏合、干燥、粉碎后制得粉状产品。该法具有生产安全、工艺设备简单、不必回收溶剂以及生产成本较低等优点，是目前国内普遍采用的方法。
2.反相乳液聚合
反相乳液聚合是用非极性烃类溶剂作连续相，水溶性单体溶于水中的液体作为分散相，在亲油乳化剂作用下，形成油水（W/O）型单体液滴和单体溶胀胶束的乳化体系。在反相乳液聚合中，引发成核聚合场所是乳液聚合机理的核心问题。
3.反相悬浮聚合
反相悬浮聚合是近十几年发展起来的实现水溶性聚合物工业化生产的理想方法。反相悬浮聚合是单体水溶液以小液珠的形式悬浮在有机溶剂中进行的聚合反应。在丙烯酰胺反相悬浮聚合中，以失水山梨醇单硬脂酸酯（Span60）、无机氨化物、C12~C18脂肪酸钠或乙酸丁酯纤维等为悬浮剂（分散稳定剂），丙烯酰胺水溶液在汽油、二甲苯或四氯乙烯中形成稳定的悬浮体系，经引发剂引发聚合反应。采用水溶性乳化剂和链烷烃油相介质时，乳化剂的亲水亲油平衡值（HLB值）一般大于8。
4.分散聚合
分散聚合通常是指溶解在有机溶剂的单体，在稳定剂的存在下聚合成不溶性的聚合物而分散在连续相中形成胶态稳定的分散体系。分散聚合体系由引发剂、单体、稳定剂（分散剂）和分散介质四种基本成分组成。有时为特殊需要，可加入交联剂、共聚单体、表面活性剂、无机盐等组分。
三、未来研究方向
我国的淡水资源匮乏，因此合理利用水资源、提升污水处理能力势在必行，CPAM未来前景广阔。今后其研究方向应主要集中在以下几点：
（1） 开发新型、高效、价廉的阳离子单体，使阳离子絮凝剂多样化、无毒化、功能化，并积极开发其在不同领域的应用。如N，N -二甲基丙烯酰胺之类的高效、抗水解、应用范围广的增絮剂。
（2）寻求高效无毒的共聚单体，如DADMAC、DMC、MBDAC等阳离子单体具有高效无毒、正电荷密度高、价格低廉等特点。优化合成工艺，使DADMAC充分线性聚合、避免交联，以达到能充分控制相对分子质量和阳离子度的目的。
（3）根据不同应用要求寻求合适的聚合方法和工艺。