168690 (595687), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Таблица 3.1 - Влияние характеристической вязкости на процесс осветления модельного раствора

Рассматривая влияние молекулярной массы полиэлектролитов, было обнаружено, что наибольшие скорости и степени осветления суспензии получены с использованием сополимера, имеющего промежуточное значение молекулярной массы. Образцы с меньшей и с большей молекулярной массой проявляют несколько пониженную активность.

Некоторое снижение скорости осветления и степени осветления с ростом молекулярной массы вероятно связано с влиянием диффузионных ограничений, которые влияют на распределение макромолекул по частицам дисперсии. Особенно эффект снижения эффективности осветления проявляется для сополимера с наиболее высокими значениями характеристической вязкости. Хотя скорость осветления для этих сополимеров выше в очень широком диапазоне концентраций, что указывает на формирование крупных флоккул, степень осветления не превышает 76 %.

Видимо, в системе остается достаточно большое количество несфлокулированных частиц. Вероятно, по мере возрастания размеров макромолекул усиливаются стерические явления и затрудняется подход частиц с адсорбированными макромолекулами к свободной поверхности других частиц.

Причины невозможности флокуляции в случае больших размеров макромолекул объяснены в работе [71]. Авторы отмечают, что при большом различии в размерах коллоидных частиц и макромолекул полимера флокуляция вообще становится невозможной вследствие малой вероятности образования полимерных мостиков, что наглядно показано на рис. 3.2.

а) б)

Рис. 3.2 - Влияние соотношения размеров макромолекул и коллоидных частиц на процесс флокуляции: а) макромолекулы намного больше коллоидных частиц; б) коллоидные частицы намного больше макромолекул; h- статистический размер макромолекул, d-размер коллоидных частиц

Таким образом, для флокуляции необходимо, чтобы молекулы полимера и твердые частицы приближались друг к другу на расстояние, достаточное для осуществления адсорбции и образования полимерных мостиков (рис. 3.3, 3.4).

Сочетание высокой скорости осветления и наибольшей степени осаждения частиц достигается при использовании сополимера акриламида с метакрилатом гуанидина состава 70:30. Так в интервале доз полиэлектролита 0,05 – 0,12 масс.% максимальная эффективность осаждения составляет 95 – 96%.

Оптимальные концентрации полиэлектролитов на основе сополимеров АА: МАГ, исходя из турбидиметрических кривых, составляют 0,5 – 1,0%.

Рис. 3.3 - Зависимость оптической плотности суспензии каолина от времени отстаивания и концентрации сополимера состава 70:30

Рис. 3.4 - Зависимость оптической плотности суспензии каолина от времени отстаивания и состава флокулянта

Для изучения механизма образования флоккул и осадков необходимо использование методов, непосредственно характеризующих кинетическую и агрегативную устойчивость флоккулированных дисперсий. К таким методам относятся определение кинетических параметров осаждения дисперсий.

На рис. 3.5 представлены кинетические кривые осветления суспензии каолина с концентрацией 0,5 масс. %.

Рис. 3.5 - Кинетические кривые осветления суспензии каолина при введении 0,01 (кривая 1), 0,03 (кривая 2) и 0,05 масс. % сополимера АА: МАГ (70:30)

Из рис. 3.5 видно, что резкое снижение мутности суспензии каолина проходит в течение 100-150 с. Этот период времени соответствует осаждению основного количества сформированных в ходе предварительного перемешивания флокул. Далее оптическая плотность надосадочной жидкости снижается с меньшей скоростью. После осаждения в течение 500 – 600 с остаточная мутность не изменяется.

Начальные скорости осветления суспензии каолина закономерно повышаются при увеличении концентрации полиэлектролита. Скорость осветления в присутствии полимерных добавок выше в 3 – 4 раза, чем скорость осветления в отсутствие полимеров. Наибольшие значения скорости достигаются при дозах 0,05-0,10 мг/г.

Полученные результаты по осаждению 0,5 % суспензии каолина недостаточны для анализа механизма снижения устойчивости при введении исследуемых сополимеров. Представлялось необходимым изучить процессы осаждения при более высокой концентрации дисперсной фазы (0,8 %). Повышенное содержание дисперсной фазы позволяет не только оценивать скорость осаждения флокул, но и определять динамические параметры образующегося осадка. В таблице 3.2 представлены зависимости объема осадка от времени в присутствии сополимера АА: МАГ состава 70:30.

Таблица 3.2

Скорость осаждения (накопления осадка) и уплотнения осадка закономерно увеличиваются с повышением количества введенного сополимера.

Сравнивая параметры кинетической устойчивости сополимеров АА с МАГ и ПАА, можно видеть, что сополимеры проявляют значительно большую активность, судя по значениям объема и времени уплотнения осадка. Исходя из известных закономерностей динамики дисперсий, можно предположить, что под действием сополимеров образуются флокулы большего размера или большей плотности, чем в присутствии полиакриламида.

Известно, что эффективность процесса флокуляции высокомолекулярными соединениями повышается при добавлении в систему низкомолекулярных электролитов [3]. Низкомолекулярные электролиты, сжимая слой противоионов у поверхности коллоидных частиц и нейтрализуя заряд на их поверхности, облегчают подход макромолекул и их адсорбцию. Одновременно происходит изменение структуры макромолекул. Экранирование заряженных звеньев полимера и уменьшение сил внутримолекулярного отталкивания приводит к сжатию макромолекул. Сжатые макромолекулы, занимая меньший объем, плотнее укладываются на поверхности частиц, в результате чего общее количество адсорбированного полимера возрастает.

В качестве коагулянта использовали органомодифицированную бентонитовую глину месторождения Герпегеж. Выполненные нами опыты показали, что при добавлении флокулянтов к суспензии каолина, к которой предварительно был добавлен органомодифицированный монтмориллонит (ОМ) резко уменьшалась оптическая плотность раствора, происходило образование и быстрое оседание агрегатов частиц. Этот процесс усиливался с повышением количества добавленного ОМ. Эффективность флокуляции также зависела от того, в какой последовательности дозируются реагенты – коагулирующий электролит и сополимер. Выявлено, что предварительное введение коагулирующего реагента вызывает более эффективную флокуляцию (таблица 3.3)

Таким образом, предварительная агрегация коллоидных частиц позволяет получать крупные хлопья с повышенным содержанием твердой фазы. Однако, хотя процесс флокуляции протекает достаточно быстро, остаточное значение мутности немного выше при добавлении коагулянта-органоглины.

Таблица 3.3 - Влияние порядка дозирования коагулирующего реагента и сополимеров на эффективность флокуляции

3.2 Исследование бактерицидных свойств сополимеров акриламида с метакрилатом гуанидина по отношению к микробиологическим загрязнениям воды

Как известно, радикальная сополимеризация акриламида с виниловыми мономерами используется для получения сополимеров, которые обладают лучшими потребительскими свойствами по сравнению с полиакриламидом, который является промышленным флокулянтом и используется в самых разных отраслях промышленности.

Предполагалось, что сополимеры АА, содержащие гуанидиновые группы будут обладать не только флоккулирующими, но биоцидными свойствами.

Биоцидную активность определяли по методикам подсчета выросших колоний после обработки воды флокулянтами и методом диффузии в чашке (см. экспериментальную часть).

В результате исследований было выявлено, что полученные сополимеры обладают значительной биоцидной активностью по отношению к кишечной палочке, при этом биоцидная активность повышается с увеличением содержания гуанидинового фрагмента.

Таблица 3.4

Полимеры и сополимеры	Число колоний, выросших на 1 см3 воды	Качественная оценка биоцидности
1	1206	неудовлетворительная
2	31	хорошая
3	35	хорошая
4	103	удовлетворительная

Таблица 3.5

Как видно из полученных результатов, синтезированные гуанидинсодержащие сополимеры проявляют бактерицидную активность в отношении изученных клеточных структур, причем у сополимеров с большим содержанием гуанидиновых групп наблюдается наиболее выраженная биоцидная активность.

3.3 Определение остаточного полимера в очищенной воде

Для очистки воды могут применяться полимеры, не действующие на человека, животных, фауну и флору водоемов, нетоксичные и малотоксичные.

Существенное влияние на токсичность оказывает количество непрореагировавшего мономера и реагентов используемых при синтезе. Токсичность этих веществ значительно превышает токсичность полимеров. Увеличение молекулярной массы и разветвленность полимера, затрудняющие его диффузию, приводят, по некоторым данным, к снижению токсичности.

Полиакриламид практически нетоксичное вещество [3], а акриламид сильнотоксичное вещество, действующее на центральную нервную систему и ткани дыхательных путей. ПДК для акриламида составляет 156 – 280 мг/кг.

В связи с этим перед использованием для очистки воды высокомолекулярные флокулянты следует тщательно очищать от низкомолекулярных фракций. В данной работе полученные полимеры многократно переосаждали из воды в ацетон и очищали методом диализа.

Характеристики

Список файлов ВКР