Размещено на http://www.allbest.ru/

Экологический аспект синтеза и исследований полиэлектролита на основе 2-метил-5-винилпиридина

Канд. хим. наук А.А. Асанов

Канд. техн. наук И.С. Тилегенов

Г.К. Ахауова

Основное содержание исследования

В данной статье рассмотрены некоторые экологические аспекты синтеза и исследования образцов водорастворимого полиэлектролита поли-2-метил-5-винилпиридина, отличающихся длиной цепи углеводородного радикала противоионов функциональных групп.

На основании проведенных экспериментов и исследований свойств выявлены некоторые закономерности, определены оптимальные условия синтеза экологически безопасного, биологически совместимого водорастворимого полиэлектролита, обладающего высоким флокулирующим действием, необходимым для очистки природных мутных, производственных и различных промышленных сточных вод.

Последние годы быстро расширяется область применения полиэлектролитов (ПЭ) в различных областях народного хозяйства /1.2/. В связи этим возникает острая необходимость проведения работ, посвященных синтезу новых высокоэффективных, экологически безопасных полиэлектролитов, и исследования их свойств с целью создания теоретических основ и определения области их применения.

Поэтому в данной работе изучены некоторые физико - и коллоидно-химические свойства нового экологически совместимого ПЭ, полученного полимеризацией в водной среде по способу /3/ 2-М-5-ВП, содержащего в качестве противоиона функциональной группы остатки монокарбоновых кислот, отличающихся длиной цепи углеводородного радикала.

Для получения образцов поли-2-метил-5-винилпиридина (П-2-М-5-ВП), отличающихся видом противоионов функциональных групп, в качестве нейтрализующих реагентов использовали муравьиную, уксусную, пропионовую, масляную кислоты. В зависимости от вида противоиона образцы обозначены П-2-М-5-ВП·НООСН_, П-2-М-5-ВП·НООССН₃, П-2-М-5-ВП·НООСС₂Н₅, П-2-М-5-ВП·НООСС₃Н₇. С целью выявления области применения образцов ПЭ, изучали флокулирующее действие. Флокулирующее действие образцов ПЭ оценивали по изменению оптической плотности (Д), седиментационного объема осадка (V_ос) и относительной скорости фильтрации (U_отн) 0,1% гидросуспензии бентонита Келесского месторождения, расположенного на юге Казахстана. Для выявления характера взаимодействия частиц гидросуспензии бентонита (ГСБ) с макроионами образцов ПЭ измеряли относительную вязкость (), удельную электропроводность (_уд), и рН фильтратов.

Выбор ГСБ связан с тем, что многие мутные природные и производственные сточные воды содержат во взвешенном состоянии глинистые частицы, которые очень медленно разделяются и трудно отстаиваются. Содержащиеся во взвешенном состоянии глинистые высокодисперсные частицы, обладают развитой поверхностью и активностью, адсорбируют вредные различные вещества. Поэтому их выделение, обезвоживание имеет важное значение в процессе очистки мутных природных и промышленных сточных вод.

Результаты экспериментов по определению флокулирующей эффективности образцов ПЭ в зависимости от добавляемой дозы и вида противоионов функциональных групп свидетельствуют, что при добавлении малых доз значение оптической плотности (Д) и объема седиментационного осадка (V_ос), а также относительная скорость фильтрации (U_отн) ГСБ, незначительно изменяются по сравнению с контролем (таблица). С увеличением добавляемой дозы образцов ПЭ постепенно растут величины (V_ос) и (U_отн), и наоборот, уменьшается значение Д. При этом выявлено, что наибольший объем (V_ос), (U_отн) и минимальное значение Д отстоя наблюдается при добавлении оптимальных концентраций образцов ПЭ в систему. Присутствие доз образцов ПЭ выше оптимальных приводит вновь к уменьшению величины (U_отн), (V_ос) и постепенному увеличению значения Д отстоя. Как видно из данных (таблица), оптимальные концентрации образцов ПЭ, где достигаются максимальный объем V_ос и значение U_отн, а также наименьшая величина D отстоя ГСБ, существенно отличаются друг от друга и имеют определенные закономерности. Анализ этой закономерности показывает, что с ростом длины цепи углеводородного радикала противоионов функциональных групп П-2-М-5-ВП количество оптимальной дозы проходит через минимум.

Таблица. Изменение оптической плотности (Д), объема осадка (V_oc), скорости фильтрации И_отн, а также характеристика фильтратов 0,10 % ГСБпод влиянием образцов ПЭ

При этом для достижения одинаковой эффективности флокуляции потребуется минимальный расход образца П-2-М-5-ВП?С₂Н₅СООН. Установленную закономерность можно объяснить неодинаковой величиной молекулярной массы, длиной цепи, состоянием макромолекулы образцов ПЭ в растворе, а также с различием способности сохранять развернутую форму макромолекулы ПЭ в момент взаимодействия с частицами дисперсной фазы. Как известно /6/ ПЭ, имеющие достаточно высокие молекулярные массы и содержащие большее количество функциональных групп с зарядом, противоположным по знаку заряду частиц твердой фазы, проявляют высокую флокулирующую способность. Кроме того, авторами /7/ также было установлено, что на флокулирующее действие существенное влияние оказывает еще и ионизирующая способность функциональных групп и способность сохранять развернутое состояние макроиона, что связанно с природой функциональных групп, которая изменяется в зависимости еще от вида противоионов. Изменение величины V_ос и U_отн, а также значение Д свидетельствует о наличии взаимосвязи между этими параметрами. При этом выявлено, что наибольший объем (V_ос), максимальная относительная скорость фильтрации (U_отн) и минимальное значение Д ГСБ наблюдается при добавлении оптимальной дозы образцов ПЭ. Однако изменение величины этих параметров не подчиняется строго определенной закономерности в зависимости от величины молекулярной массы, размеров макромолекулы и природы функциональных групп. Существенные различия не были обнаружены и в характере взаимодействия этих образцов ПЭ с частицами дисперсной фазы, в процессе определения _{отн, уд,} рН фильтратов. Это указывает на идентичность механизма взаймодействия макроионов образцов ПЭ с частицами твердой фазы. Анализ изменения величины фильтратов указывает на отсутствие различия величины вязкости по сравнению с контролем. Приведенные данные свидетельствуют, что образцы ПЭ в широком интервале добавляемой концентрации, включая оптимальную и выше оптимальной, полностью адсорбируются и прочно закрепляются на поверхности твердой фазы, выделяемой в виде осадка, что имеет очень важное значение в повышении качества очищенной воды. Величины рН и _уд фильтратов в сравнении с контролем показывают на ионообменный характер взаимодействия макроионов образцов ПЭ с частицами твердой фазы. Однако для достижения максимального эффекта очистки применение мизерного количества флокулирующего вещества - образца ПЭ, особенно в случае П-2-М-5-ВП·НООССН₃ и П-2-М-5-ВП·НООСС₂Н₅, позволяет сохранить дисперсионную среду без существенного изменения. Установленные закономерности на основании проведенных опытов позволяют создать теоретическую базу, необходимую при синтезе и подборе условий синтеза, а также химических реагентов, используемых для получения новых экологически безопасных, биологически совместимых, водорастворимых ПЭ, применяемых в качестве флокулянтов при очистке природных мутных, различных производственных и промышленных сточных вод. Установленные закономерности указывают на необходимость учета требований экологии на самых ранних стадиях синтеза и подбора методов исследования водорастворимых ПЭ.

полиэлектролит противоион водорастворимый синтез

Литература

1. Николаев А.Ф., Охраменко Г.И. “Водорастворимые полимеры” - Л: Химия, 1979. - 3с.

2. Ахмедов К.С., Арипов Э.А. и др. В сб. "Водорастворимые полимеры и их взаимодействие с дисперсными системами. "Ташкент, ФАН, 1969. с.31-39-45.

3. Асанов А. Способ получения полиэлектролита Предпат. № IDP 04290 от 14.02.2000 г.

4. Пат. Англ. №898312, МПК С 08 ­F 2/48,2/14

5. Савинова И.В., Курилова А.И., Зубов В.П., Кабанов В.А. Радикальная полимеризация 2-метил-5-винилпиридина в присутствии предельных монокарбоновых кислот // Доклады АН ССР, 1971.Т. 197. №2. С.355-358.

6. Вейцер Ю.И., Минц Д.М. “Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки вод ” Москва Строиздат 1975, с.7-15.

7. Асанов А.А., Бишимбаев У.К., Ахауова Г.К. “Свойства полиэлектролитов на основе 2-метил-5-винилпиридина отличающихся валентностью и обьемом противоионов” Вестник ТарГУ им. М.Х. Дулати. “Природопользование и проблемы антропосферы” Тараз 2001г. с.5-9.

Размещено на Allbest.ru