CC BY
4
УДК 54.052
Кусакин М. С. студент магистратуры Башкирский государственный университет научный руководитель: Абдрашитов Я.М., д.тн.
Россия, г. Стерлитамак ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ СИНТЕЗА КАТИОННОГО ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТА, ПРОЯВЛЯЮЩЕГО
ФЛОКУЛИРУЮЩУЮ АКТИВНОСТЬ Аннотация: в рамках данной работы рассматривается перспективное направление в процессах водоочистки. Рассмотрен способ получения катионного флокулянта полиэпихлоргидриндиметиламина (полиЭХГДМА) с прямой и обратной дозировкой реагентов. Получены данные о влиянии условий синтеза на флокулирующую активность конечного полиэлектролита.
Ключевые слова: флокулянт, полиамины, эпихлоргидрин, диметиламин, полиэЭХГДМА, способ дозировки, эффективность флокуляции.
Kusakin M. S.
A graduate student of the of the Bashkir state University
Russia, Sterlitamak Scientific supervisor Abdrashitov Y. M.
doctor of technical Sciences DETERMINATION OF THE OPTIMAL SYNTHESIS CONDITIONS OF CATIONIC POLYELECTROLYTE EXHIBITING FLOCCULATING
ACTIVITY
Abstract: in this work, is considered a promising direction in the treatment processes. The method of obtaining cationic floculant politicalintelligence with forward and reverse dosage of the reagents. The data obtained on the influence of synthesis conditions on the new activity of the final polyelectrolyte.
Keywords: flocculant, polyamines, epichlorohydrin, dimethylamine, polyEPIDMA method of dosage, the flocculation effect.
Необходимость применения новых методов очистки воды вызвана ужесточением требований к качеству природных и сточных вод. В связи с этим очистка воды методом добавления к ней химических реагентов -флокулянтов является интересным направлением в области экологии. Большинство современных флокулянтов позволяют эффективно извлекать диспергированные в стоках вещества не зависимо от степени загрязненности и типа загрязнений [1].
Эффективность флокулянтов не требует внесения большого количества данных веществ в водостоки. В связи с этим в природные водоемы попадает лишь малые концентрации флокулянтов за счет высокой
степени разбавления, не оказывая негативного влияния на живые организмы [2].
В общем понимании процесс флокуляцияи состоит в закреплении концов макромолекул на поверхности дисперсных частиц, объединяя их таким образом и образуя флокулы.
Закономерности процесса флокуляции заключаются в следующем [3]:
- При дозах флокулянтов, обеспечивающих покрытие доступных участков поверхности диспергированных частиц достигаются оптимальные условия флокуляции.
- Пересыщение поверхности частиц молекулами полимера приводит к ухудшению флокуляции, из-за адсорбции свободных кон-цов макромолекул на той же поверхности с образованием петель и уменьшением числа мостовых связей между соседними частица- ми.
- Интенсивное перемешивание способно разрушить полимерные связи, при этом происходит разобщение сфлокулированных частиц.
- Между оптимальной дозой полимера и площадью, доступной для адсорбции поверхности частиц дисперсной фазы, существует линейная зависимость.
Получение новых высокоэффективных флокулянтов, а также поиск способов улучшения качественных характеристик существующих соединений является актуальной задачей современной науки.
Интересным для исследования является катионный полиамин полиэихлоргидриндиметиламин, который используется в качестве флокулянта в процессах водоочистки для различных отраслей потребления
[4].
ПолиЭХГДМА представляет собой водорастворимую четвертичную аммонийную соль, которая получается за счет ступенчатой поликонденсации эпихлоргидрина (ЭХГ) с диметиламином (ДМА). Особенностью флокулянта является высокий катионный заряд, расположенный на главной молекулярной цепи.
Синтез катионного полиЭХГДМА проводится в водной среде и схематически описывается следующим уравнением:
О
п(СЫз)2МН + психеи—СН2С1 -► -|-у-СН2—СИ—СН2-|-С1П
СН3 _1+
I 3
СН3 ОН
п
Так как, процесс получения полиэлектролита периодический, то свойства конечного продукта во многом зависят от факторов, при которых идет формирования активных центров и рост полимерной цепи.
Проведено исследование зависимости кинематической вязкости, оптимальной дозы и флокулирующей активности полиЭХГДМА от концентрации исходного диметиламина и порядка дозирования реагентов.
Концентрацию ДМА в синтезе флокулянта изменяли в пределах от 16
% масс. до 47 % масс. Соотношение реагентов во всех синтезах составляло ЭПХГ : ДМА = 1 : 1.
Концентрацию, характеризующую оптимальную дозу полиэлектролита и его флоккулирующую активность определяли на модельной суспензии, приготовленной из белой глины. Степень очистки определяли замером оптической плотности рабочих растворов на фотоэлектроколориметре ФЭК КФК-2.
По полученным данным построена графическая зависимость кинематической вязкости полученного полиэлектролита от исходной концентрации ДМА.
На рисунке 1 показано, что с увеличением концентрации ДМА вязкость конечного продукта возрастает. Однако, как видно на графике, увеличение вязкости зависит от порядка дозирования реагентов.
конц. ДМА, % масс.
Рисунок 1 - Зависимость вязкости полиЭХГДМА от концентрации исходного ДМА и способа дозировки реагентов.
При дозировании ДМА к ЭХГ вязкость резко увеличивается, начиная с концентрации ДМА 35%.
При дозировании ЭХГ к ДМА заметное изменения вязкости наблюдается при достижении 40% исходного ДМА.
Сравнивая полученные зависимости можно отметить, что при одинаковых условиях проведения синтеза, зависимость вязкости получаемого полиэлектролита от порядка дозирования реагентов начинает проявляться при использовании ДМА с концентрацией выше 33-35%.
Таким образом, концентрация исходного ДМА и порядок дозирования реагентов являются существенными факторами, влияющими на вязкость, а, соответственно, и на молекулярный вес получаемого полиэлектролита.
Определение оптимальной концентрации полиэлектролита, синтезированных при различной концентрации ДМА, проводили путем
осветления суспензии белой глины с последующим определением оптической плотности образцов.
Зависимость оптической плотности от добавки флокулянта показаны на рисунках 2 и 3.
-♦-18% ДМА -И-24,6% ДМА -А-29,4% ДМА -*-32,8% ДМА доза, мг/л 43,3% ДМА 39,4% ДМА ^^—43,3% ДМА 47,3% ДМА
Рисунок 2 - Оптимальная доза полиЭХГДМА при дозировании ЭХГ к ДМА и изменении концентрации ДМА
Как видно из графиков, по мере возрастания содержания полимера в системе её устойчивость сначала снижается (происходит процесс флокуляции) и затем, проходя через минимум, возрастает (происходит процесс стабилизации).
Минимальные значения оптической плотности осветленной суспензии характеризуют оптимальную дозу полиэлектролита.
Согласно графику 2, оптимальная доза полиэлектролита Каустамин-15 синтезированного при дозировке ЭПХГ к ДМА, в пределах концентрации ДМА до 25% составляет 0,2 мг/л, дальнейшее увеличение концентрации приводит к снижению оптимальной дозы до значений 0,1 мг/л.
0,65
sp 0,55
öS '
<j О
О е;
0,45
к
Si 0,35 <j
01 т s
0,25
0,15
0,05 0,1
16%ДМА
30% ДМА
0,15 0,2
20% ДМА
45°% ДМА
0,25
0,3
25% ДМА 42,5% ДМА
0,35 0,4 0,45
доза, мг/л
Рисунок 3 - Оптимальная доза полиЭХГДМА при дозировании ДМА к ЭХГ и изменении концентрации ДМА
0
Кривые зависимости на рисунке 3, показывают, что оптимальная доза полиэлектролита, полученного при дозировке ДМА к ЭХГ, с увеличением концентрации ДМА снижается. При концентрации ДМА до 20% оптимальная доза составляет 0,2 мг/л, в пределах от 25 до 40% оптимальная доза - 0,1мг/л.
Таким образом, можно сказать, что оптимальная доза образцов полиэлектролита снижается с увеличением концентрации ДМА.
Таким образом, согласно полученным экспериментальным данным можно сказать, что с увеличением концентрации ДМА, используемого в синтезе полиэпихлоргидриндиметиламина, независимо от порядка дозировки компонентов, повышается кинематическая вязкость полиэлектролита. Одновременно с этим снижается оптимальная дозировка флокулянта.
Использованные источники:
1. Запольский А.К., Баран А.А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды. - Л.: Химия, 1987. - 205 с.
2. Флокулянты. Свойства. Получение. Применение. Справочное пособие / под ред. А.П. Кротова, 1991. - 190 с.
3. Таубе П.Р., Баранова А.Г. Химия и микробиология воды: Учебник для студентов ВУЗов. - М.: Высшая школа, 1983. - 280 с.
4. Куренков, В.Ф. Флокулирующие свойства полимеров/ В.Ф. Куренков, С.В. Снегирев. - Казань: Казан. гос. технол. ун-т. 2000. - 32 с.
