高分子材料作为分离科学与技术领域的关键材料，受到了相当多的关注。聚合物合成和应用领域的发展引领了水处理技术的重大进步。已经有许多基于聚合物的先进和功能性材料，并成功地用于污染物去除效率、操作条件、成本和环保性方面改进分离和纯化过程。
越来越多的聚合物被用于去除废水处理过程中的污染物和颗粒物。聚合物在化学过程中用作混凝剂和絮凝剂、助滤剂和助剂。尽管聚合物在分离和纯化领域的应用取得了进展，但从各种聚合物和聚合物产品中做出选择是相当困难的。聚合物的分子量，电荷和官能团是合成或天然聚合物的关键指标。
具有一定电荷的阳离子聚合物在水处理和颗粒去除过程中用作混凝剂。这些类型的聚电解质可以单独使用，也可以与其他絮凝剂一起使用。阳离子聚丙烯酰胺（PAM）作为聚酰化助剂与聚合氯化铝一起可以用于凝固和去除废水中的二氧化硅纳米颗粒。阳离子聚丙烯酰胺的添加可以使二氧化硅纳米颗粒从几纳米扩大到约4μm，从而获得更好的沉降性和过滤性。由于有机聚合物的分子量与阳离子电荷密度成反比关系，因此它们不如非离子或阴离子有机聚合物有效。
非离子和阴离子聚合物基本上用作絮凝过程的辅助剂。阴离子和非离子聚合物通常用于水处理系统，产生大而稳定的絮凝体以提高净化效率。这些类型的聚合物不能中和带负电荷的颗粒，但它们可以有效地桥接主混凝剂。通过研究非离子聚乙烯和阴离子聚丙烯酰胺絮凝高岭石悬浮液的效率，发现zeta电位随着聚合物浓度的增加而降低，然而，由于剪切平面远离颗粒表面，在非离子聚乙烯存在下zeta电位降低的幅度高于在阴离子聚丙烯酰胺存在的情况下。另外，研究发现温度对聚合物在高岭石上的吸附有显着影响。在另一项研究中，有人研究了阴离子聚丙烯酰胺作为三种混凝剂（即硫酸铝，硫酸铁（III）和聚合氯化铝）的辅助剂的作用，用于去除悬浮固体以及屠宰场废水中的化学和生化需氧量。当使用聚合氯化铝和硫酸铁（III）以及阴离子聚丙烯酰胺时，发现沉降速度显著提高。随着阴离子聚丙烯酰胺的加入，硫酸铁（III）、硫酸铝和聚合氯化铝对悬浮颗粒的去除效率分别从87%、87%和91%提高到99%、97%和95%。由于据报道该过程的机理是“中和和沉淀”，因此发现pH值对沉淀效率的显著影响。除了pH值对絮凝机理的影响外，pH值还可以改变絮凝剂在水中的溶解度。
溶解度以及阴离子聚合物和带负电颗粒之间的静电排斥（通常存在于未经处理的水中）导致了两性聚合物絮凝剂的发展。在聚丙烯酰胺上接枝羧甲基壳聚糖，制备了两性絮凝剂，用于在酸性，中性和碱性的pH下从水中去除高岭石颗粒。两性聚合物可以解决较宽的pH范围内的絮凝剂溶解度问题。同时，与聚丙烯酰胺、聚合氯化铝和明矾相比，两性羧甲基壳聚糖接枝聚丙烯酰胺显示出更好的浊度去除效率。在下图中，介绍了非离子，阴离子和阳离子聚丙烯酰胺以及羧甲基壳聚糖接枝聚丙烯酰胺的结构。
聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂，简称PAC，由于氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用而生产的分子量较大、电荷较高的无机高分子水处理药剂。聚合氯化铝固体产品具有吸附活性高、澄清泥沙时间短、适应pH值范围宽，不需助凝剂和不受水温影响等优点，广泛应用于生活用水、工业用水等的净水处理、城市污水处理、工业废水、污水、污泥的处理及污水中某些渣质回收等，同时对某些处理难度大的工业污水，以PAC为母体，掺入其他药剂，调配成复合PAC，处理污水能得到惊喜的效果。
