CC BY
9ПОЛИВИНИЛПИРРОЛИДОН ЖЭНЕ БЕНТОНИТ САЗЫ НЕГ1З1НДЕГ1 КОМПОЗИЦИЯЛЫК СОРБЕНТТЕРДЩ БЕТТ1К БЕЛСЕНД1 ЗАТТАРДЫ СОРБЦИЯЛАУ КАСИЕТ1Н ЗЕРТТЕУ
Серикпаева Сания Бауржановна
магистрант 2 курса, Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Казахстан, г. Алматы
Бргалиева Зейнеш Сериковна
студент 4 курса, Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Казахстан, г. Алматы
Иминова Ризвангуль Синясуловна
кандидат химических наук, старший преподаватель, Казахский национальный университет имени аль-Фараби,
Казахстан, г. Алматы Жумагалиева Шынар Нурлановна
доктор химических наук, доцент, Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Казахстан, г. Алматы
Бейсебеков Марат Киянович
доктор химических наук, профессор, Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Казахстан,
г. Алматы
RESEARCH OF SORPTION PROPERTIES COMPOSITE SORBENT OF SURFACTANTS BASED ON OF POLYVINYLPYRROLIDONE AND BENTONITE CLAY SERIKPAEVA SANIYA BAURZHANOVNA, MASTER 2ND COURSE, AL-FARABI KAZAKH NATIONAL UNIVERSITY, KAZAKHSTAN, ALMATY
Brgalieva Zheinesh Serikovna, student 4th course, al-Farabi Kazakh National university, Kazakhstan, Almaty Iminova Rizvangul Sinyasulovna, candidate of chemical science, the senior teacher, al-Farabi Kazakh National university, Kazakhstan, Almaty, Zhumagalieva Shynar Nurlanovna, doctor of chemical science, associate professor, al-Farabi Kazakh National university, Kazakhstan, Almaty
Beisebekov Marat Kiyanovich, doctor of chemical science, professor, al-Farabi Kazakh National university, Kazakhstan, Almaty АННОТАЦИЯ
Манырак кен орнынан алынган бентонит сазы жэне бейионогенд'1 полимер поливинилпирролидон нег'1з'1нде мономерд'1 бентониттiн сулы суспензиясында алдын ала интеркаляциялау (in situ полимеризациялау) аркылы, хими-ялык т'1г'1лген гельдер синтезделд'1. Алынган гельдерд'н катиондык бетт'1к белсендi затка катысты сорбциялык жэне iсiнгiштiк каблетi багаланды. АННОТАЦИЯ
Синтезированы химически сшитые гели на основе бентонитовой глины месторождения Манрак и неионо-генного полимера поливинилпирролидона с применением процесса предварительного интеркалирования мономеров в водной суспензии бентонита (полимеризация in situ), оценена набухающая и сорбционная способность в отношении поверхностно-активного вещества. ABSTRACT
The chemically cross-linked gels based on bentonite clay of the deposit Manyrak and nonionic polymer polyvinylpyrrolidone were synthesized with using the process of intercalation of the monomer in the aqueous suspension of bentonite. It is evaluated the swellable, sorption capacity of the obtained polymer-clay composites according to surfactants. К'!лт свздер: бентонит сазы, полимер-сазды композиттер, сорбция, бетт '1к белсендi заттар. Ключевые слова: бентонитовая глина, полимер-глинистые композиты, сорбция, поверхностно-активные вещества.
Key words: bentonite clay, gel polymer-clay composites, sorption, surfactants.
K1азiргi тацда эр тYрлi баFытта к,олданыск,а ие табиFи минералды шимзат непзшде жоFары эксплуатациялык, сипаты бар композита жYЙе жэне ионалмастырFыш материал алу ете мацызды [1]. Со^ы жылдарда полимерлен-ген немесе поликонденсацияланFан типтеп полимерлер жэне тYрлi толтырFыштар, олардыц цатарына каолин, бентонит жэне оныц модифицирленген формалары секiлдi табиFи минералдар, непзшдеп композициялык, матери-алдар алу Yлкен жолFа к1ойылFан [2]. Гельдердщ к,ура-мына саз белшектерш енпзу гельдерге жаца цасиеттер береди мысалы, механикалык,, сорбциялык сипаттамалары жак,сарады деген болжам жасалды [3].
Бурын осы композиттердщ [4-5] дэртт зат рихло-каиннщ тасымалдаFышы ретшде к,олданыс аясы к,арасты-рылFан болатын. АлынFан композиттер сазды минерал есебшен полиэлектролитлк к,асиетке ие болатыны жэне саздыц енуi композиттщ iсiну жэне сорбциялау к,асиетше эсер ететiнi анык,талды. Бул жумыста ШыFыс Казахстан облысындаFы Мацырак, кен орнынан алынFан бентонит сазы (БС) мен бейионогендi полимер поливинилпирролидон (ПВП) непзшдеп химиялык, ттлген композициялык
гельдердi 6eTTiK белсендi заттардьщ (ББЗ) cop6eHTi ретiнде колданудьщ жаца мYмкшдiктерi карастырылды. Катиондык ББЗ цетилпиридиний (ЦПБ) катысында композициялык гельдердщ морфологиясы зерттелт, iciHy, сорбциялау кабтет баFаланды.
Тэжiрибелiк бвлiм. ПВП непзшдеп гельдер (ПВП Г) жэне оньщ БС-мен композиттерi (ПВП-БС Г) сулы ертндще Yш влшемдi радикалды полимеризациялау аркылы алынды. ПВП жэне сазды материалдан бiркелкi композициялык гельдер алу Yшiн интеркаляция процесi колданылды [6]. Бентонит саздьщ жэне композициялык гельдердщ морфологиясы жэне курылысы криоСЭМ эдiсiмен сканерлеушi электрондык микроскопта S-4800 Hitachi (Жапония) аныкталды. Ол Yшiн Yлгiлер суда iсiндiрiлiп, суйык азотта -145 °С-де катырылды жэне 45 секунд температурасы -98 °C камерада усталып, вткiр алмас пышакпен кесiлдi (Потсдам Университету Германия). Зерттелт отырFан полимер-сазды гельдердщ iсiну дэре-жесi жалпы формуламен есептелдi [7]. ЦПБ-нщ концен-трациясы УК-спектроскопия эдiсiмен аныкталды. УК-спектр СФ-26 спектрофотометрi (Россия) квмегiмен
к,алын,дь^ы 1 см кварц кюветаларында жазылды. Б1р1нш1 ЦПБ-нщ 1-10-5-10-3 М ер1т1нд1лер1н1н УК спектрлер1 тYсiрiлдi. Цетилпиридиний бромид1н1н концентрациясы езгер1с1 258 нм толкын yзындыFындаFы ертндшщ оптика-лык тыгыздыгы бойынша бакыланды.
Нэтижелерi жэне талкылаулары. Полимер-сазды композициянын физика-химиялык касиеттерiне поли-мерлеудi жYргiзу шарттары свзсiз эсер ететiнi белгл Гель-фракция шыFымын жэне iсiну кабметтмтн зерттеу нэтижесiнде мономер-ерiткiштiн онтайлы катынастары, су - 70, ал мономер - 30 %, аныкталды.
БС, гомополимерлi гель ПВП жэне композициялар-дын морфологиялык курылымын крио-СЭМ квмепмен зерттеу нэтижелерi 1-суретте кврсетiлген. Кврт отырFа-нымыздай, бентонит сазы (а) Yлпек тэрiздi кабатталFан
KУрылымFа ие, ал ПВП гомополимерлi гелi (б) кеуем^ 13 мкм болатын торлы курылымды болып келедi. ПВП-БГ композициясынын крио-СЭМ суреттерiн карай отырып, тордаFы кеуектер толыFымен сакталFанын байкаймыз. ТаFы бiр жаFдайды ескере кетсек, ПВП-Г кеуектерi бос кYЙде, ал композициялык гельдерде торларында бентонит сазы бвлшектерi кiрiккенiн квремiз. Бул полимерлеу нэтижесшде саз бвлшектерiнiн интеркаляция, усактау жэне эксфолиациялау барысында мономер молекуласы-нын саз бвлшектерiнiн кабатаралык кенiстiгiне енуiнен болады. ТолтырFыш бвлшектершщ монокабаттарFа бвлн нуi 1 нм-ге дешн болады. Нэтижесiнде кеуектерiнiн вл-шемi 1-1,5 мкм болатын химиялык тiгiлген композициялык гельдер тYзiледi.
а б в
1 сурет - Бентонит сазы (а), ПВП Г (б), ПВП-БС Г композициялык гелшщ (в) крио-СЭМ суреп^
Суда, эр тYрлi температурада жэне иондык кYш жаFдайында iсiну кабiлетiн зерттеу барысында сазды композит компоненттерiнiн эрекеттесуi сутемчк байланыстар аркылы жYзеге асып, полимерлт тiзбектiн гидрофобты эрекеттесулерiмен туракталатындыFы кврсеттдк
Сорбенттердiн, сонын iшiнде сазды композиция-лардын колдану салаларынын бiрi аFынды суларды жуFыш жэне антибактериялык БАЗ-дан тазалау болып та-былады. Осыпан орай, композициялык гельдердiн кати-ондык БАЗ - ЦПБ-мен эрекеттесуiн зерттеу Yшiн ЦПБ ерiтiндiсiнде iсiну кабшет зерттелдi. 1-кестеде синтездел-ген гельдердщ эр тYрлi концентрацияда жэне температу-радаFы ЦПБ ерiтiндiсiндегi жэне судаFы iсiну кабiлетi кврсетiлген. Нэтижелерден ЦПБ ертндтершде iсiну дэре-жесi сумен салыстырFанда айтарлыктай твмендiгiн байкаймыз. Композиттег БС концентрациясы арткан сайын iсiну дэрежесi твмендейдi. Бiздiн ойымызша, мунын себебiн композициялык гель бентонит сазы есебшен полиэлек-тролиттiк сипат иелент, табиFаты бойынша органикалык катион ЦПБ-ш электростатикалык байланыстыруымен тYсiндiруге болады. ЦПБ ерiтiндiсiнде композициялык гельдердiн ^ну дэрежесi экстремалды сипатка ие: мицелла тYзiлудiн даFдарыстык концентрациясында (СМДК=6,2-10-4 М) минималды мэнге ие болып, кешн жоFарылайды. ЯFни ЦПБ-нiн концентрациясы 1-10-5 М болFан кезде ен жоFары iсiну дэрежесi, ал концентрация 1-10-3 М шамасында ен твменг iсiну дэрежесi сэйкес ке-летшш айкын квруге болады. Бундай зандылык за-рядталFан, эрi полярланFан сорбат пен композициялык гельдщ арасындаFы кулондык эсерлесудiн азаюы жэне квмiрсутек тiзбектерi мен силикаттардын микрокристал-дарынын дамы^ан беттерi арасындаFы ван-дер-ваальстiк эрекеттесулердiн болуынан деп ойлаймыз. 1-кестеден кврiп отырFанымыздай, гельдер термосезiмтал болып ке-лед^ ортанын температурасы 25 °С-ден 40 °С-ге дейiн артканда iсiну дэрежесшщ жоFарылауы байкалады, ал
температура 60 °С-ге жеткен жаFдайда ЦПБ ерiтiндiсiнде барлык гельдер Yшiн iсiну дэрежесшщ твмендеуi жYредi. Байкалып отырFан зандылык жоFарыда болжанFан байла-нысу табиFаттарын дэлелдей тYседi, накты айтар болсак, композит пен ЦПБ арасындаFы электростатикалык байла-ныстардан бвлек, тYзiлген комплексен турактануында сутектiк байланыстар мен гидрофобтык эрекеттесулер елеулi орын алатынын растайды. Iсiну-жиырылу про-цесiнiн температураFа тэуелдi болуы квздеген максаты-мызда композиттердi сорбент ретiнде колдану мYмкi-ндтн реттеуге ыкпал етедi.
Гельдердiн ЦПБ молекулаларын сорбциялау мвл-шерiн аныктау Yшiн УК-спектроскопия квмегiмен сорбци-янын сандык анализi жасалды. 2-суретте сорбция мэндерi кврсетiлген, алынFан нэтижелерге жYргiнсек, iсiнудiн мэн-дерiне сэйкес келетшдтн, iсiну процесi айтарлыктай рвл аткаратынды^ын байкаймыз. Кврiп отырFанымыздай, ПВП гомополимерлi гелi мен онын сазды композитта-рында ББЗ-нын сорбциялануы бiр тэулттен сон Fана турактанады. Гомополимер жэне композициянын сорбциялау кисыктары уакыт арткан сайын каркынды всiп, по-лимолекулалы сипатты дэлелдеп, сатылы тYрге ие «эста-феталык» механизм бойынша жYретiндiгiн кврсетедi [8].
Сонымен катар, зерттеулер БС мвлшерi арткан сайын сорбциялау кабтел артатынын, ал температура жоFарылаFан сайын керi эсер беретшш кврсеттi (3-сурет). Байкалып отырFан эсер гельдщ полимерлт тiзбегiндегi тiгiлу нYктелерiнiн арасындаFы иiлгiштiгiнiн артуымен, сонымен катар, ПВП-нын сорбциялау кезiнде басынкы бо-луымен байланысты. Температура вскен сайын кYшейетiн ПВП полимерлiк лзбепнщ гидрофобты эрекеттесулерi ББЗ-нын композициялык жYЙемен байланысуына кедергi келтiредi. ПВП-БС композициясында саз бвлшерiн 1-ден 5 арттыру ЦПБ-нын сорбциялануын 55-тен 85 %^а дейiн арттырады.
1-кесте
Гельдердщ ЦПБ ертнд!сшщ TYрлi концентрацияларында жэне эр тYрлi температурада iсiну дэрежесi
Гель Yлгiлерi Су СЦПБ, М Температура, °С (СЦПБ=1-10-4 М)
1-10-5 1-10-4 6,2-10-4 1-10-3 25 40 60
ПВП Г 56 26,2 29,1 20,5 18,9 29,1 46,1 27,8
ПВП-БС (БС 1 масс. %) 54 19,7 21,3 15,4 12,2 21,3 23,2 18,5
ПВП-БС (БС 2 масс. %) 48,7 13 13,4 13,9 12 13,4 20,5 12,8
ПВП-БС (БС 4 масс. %) 43,9 14,1 14,9 11,3 10,9 14,9 16,8 7,6
ПВП-БС (БС 5 масс. %) 35 12,5 10,3 9,5 8,2 7,3 9,3 7,04
Ескерту: т=6 саг уакыттагы тепе-тенд 'ж мэндер> алынган
t=25°C; [ЦПБ]=10-4 моль; 1 - ПВП Г; 2 - ПВП-БС (БС, 1%); 3 - ПВП-БС (БС, 4 %); 4 - ПВП-БС (БС, 5 %); [ДАК]=0,5 мол. %; [МБАА]=1 мол. % 2 сурет - Композиционды гельдерде ЦПБ сорбциялану кинетикасы
[ЦПБ]=10-4 моль; 1 - ПВП Г; 2 - ПВП-БС (БС, 3 %); 3 - ПВП-БС (БС, 5 %); [ДАК]=0,5 мол. %; [МБАА]=1 мол. % 3 сурет - ЦПБ-ньщ гельдерде сорбциялануыньщ темпе-ратурадан тэуелдтт
Сонымен, бейионогендi полимер ПВП жэне Шы^ыс Казакстан облысындаFы Мацырак кен орнынан алынFан БС негiзiндегi химиялык тiгiлген полимер-сазды композициялык гельдердщ катиондык ЦПБ-не катысты сорбци-ялык касиеттерi баFаланды. Гельдерде БС мвлшерi артуы композиттердщ тыFыздалып жиырылуына, ал БАЗ-ды сорбциялау кабiлетiн арттыруFа ыкпал жасайтыны аныкталды. АлынFан нэтижелер композит™ гельдердi беттiк белсендi заттардыц сорбент ретiнде колданудыц болашаFы зор екенш кврсеттi.
ПайдаланылFан эдебиеттер
1. Lukaszczyk J., Lekawska E., Lunkwitz K., Petzold G. Sorbents for removal surfactants from aqueous solutions: Surface modification of natural solids to enhance sorption ability // Journal of Applied Polymer. - 2004. - V. 92. - № 2. - P. 1510-1515.
2. Unuabonah Emmanuel I., Taubert A. Clay-polymer nanocomposites (CPNs): Adsorbents of the future for water treatment // Appl. Clay Sci. - 2014. - № 5. - Р. 125-134.
3. Федоренко Ю.Г., Розко А.Н. Синтез глинополимер-ных нанокомпозитов с использованием минеральных смесей // Пошуковата еколопчна геохiмiя. -2012. - № 1 (12). - С. 33-36.
4. Серикпаева С.Б., Ешатова А.С., Бейсебеков М.М., Иминова Р.С., Жумагалиева Ш.Н., Бейсебеков М.К.,
Абилов Ж.А. Изучение сорбционных свойств композиционного носителя рихлокаина на основе по-ливинилпирролидона и бентонитовой глины // Наука Казахстана. - 2014. № 2. - С. 7-11.
5. Ешатова А.С., Серикпаева С.Б., Бейсебеков М.М., Иминова Р.С., Жумагалиева Ш.Н., Бейсебеков М.К., Абилов Ж.А. Поливинилпирролидон жэне бентонит сазы непзшде композициялык тасымалдаFы-штары алу жэне зертеу // Материалы международ. симпозиума «Современные проблемы высшего образования и науки в области химии и химической инженерии». - Алматы, 2013. - С. 64-66.
6. Чвалун С.Н., Новокшонова Л.А., Коробко А.П., Брев-нов П.Н. Полимер-силикатные нанокомпозиты: физико-химические аспекты синтеза полимеризацией insitu // Рос.хим. журн.- 2008. - Т. LII., № 5. - С. 52-57.
7. Евсикова О.В., Стародубцев С.Г., Хохлов А. Р. Синтез, набухание и адсорбционные свойства композитов на основе полиакриламидного геля и бентонита натрия // Высокомолекулярные соединения. Сер. А. - 2002. - 44, № 5. - С. 802-808.
8. Zhumagalieva Sh.N., Kudaibergenova B.M., Beisebekov M.K., Abilov Zh.A. Properties of bentonite and local anesthetics composition // J. of Applied Polymer Science. - 2007. - V. 106. - P. 1601-1605.
