Целью работы является нахождение особенностей агрегирующей способности композиций катионных полиэлектролитов на основе анализа кинетической устойчивости каолиновой суспензии и процессов структурообразования в ней.
В качестве флокулянтов использовались образцы катионных полиэлектролитов поли-1,2- диметил-5-винилпиридинийметилсульфата (A), поли-N, N-диметил-N, N-диаллил - аммоний - хлорида (B), а также поли-диметиламино-этилметакрилатдиметилсульфата (C и E) и его сополимер с акриламидом (D).
Кинетику флокуляции изучали турбидиметрическим методом. Оптическую плотность D измеряли на спектрофотометре UNICO 1201 («United Products&Instruments Inc.», США). Скорость флокуляции определяли по кинетическим кривым изменения оптической плотности. По наклону начального прямолинейного участка кривых рассчитывали скорости флокуляции как
Экспериментальные данные по скоростям осаждения водной каолиновой суспензии (0,8 масс. %) одно, двух- и трехкомпонентными флокулирующими системами представлены в [1,2], а также в таблице 1. В ней приведены скорости при определенной общей концентрации смеси и соотношениях компонентов, близких к оптимальным.
Как следует из этой таблицы при использовании смесей указанных полиэлектролитов флокуляция, в основном, протекает с более высокими скоростями осаждения, причем для тройных композиций эти значения выше, чем для бинарных систем.
В таблице 2 приведены экспериментальные и расчетные значения скоростей осаждения трех- компонентными полимерными системами. Расчетные значения получены на основе сложения концентрационных зависимостей скоростей флокуляции для индивидуальных компонентов.
Сопоставление экспериментальных данных с прогнозируемыми величинами, как видно, дает достаточно хорошее совпадение. Эти данные позволяют предположить возможность существования специфического взаимодействия между молекулами полимеров, приводящего к эффекту синергизма при флокуляции смесями.
Таблица 1. Скорости флокуляции каолиновой суспензии различными флокулирующими системами
|
Флокулирующая система |
Суммарная концентрация системы, мг/л |
Соотношение флокулянтов |
Начальная скорость флокуляции, 102, с-1 |
|
- |
- |
- |
1,0 |
|
А |
|
|
13,0 |
|
В |
|
|
5,0 |
|
С |
1 |
- |
12,0 |
|
D |
|
|
16,0 |
|
Е |
|
|
14,0 |
|
A |
|
|
11,0 |
|
B |
|
|
5,0 |
|
С |
0,75 |
- |
17,8 |
|
D |
|
|
15,0 |
|
E |
|
|
14,0 |
|
A-Е |
|
|
16,5 |
|
A-D |
|
|
18,5 |
|
В-Е |
1 |
0,5:0,5 |
11,5 |
|
B-D |
|
|
14,0 |
|
D-E |
|
|
18,0 |
|
D-C |
|
|
14,5 |
|
A-D |
|
|
16,0 |
|
B-D |
0,75 |
0,5:0,5 |
12,0 |
|
D-E |
|
|
16,5 |
|
D-C |
|
|
17,5 |
|
A-D-E |
|
|
18,2 |
|
A-D-C |
1 |
0,33:0,33:0,33 |
17,0 |
|
A-B-C |
|
|
19,2 |
|
D-E-C |
|
|
19,8 |
|
A-D-E A-D-C A-B-C D-E-C |
0,75 |
0,33:0,33:0,33 |
18,2 17,2 18,5 19,0 |
Таблица 2. Область максимальных скоростей для трехкомпонентных систем (суммарная концентрация флокулянтов Сф = 1,0 мг/л)
|
Флокулирующая система |
Скорость флокуляции Vs•102, с-1 |
Состав системы (область синергизма) |
|
|
|
эксперимент |
расчет |
|
|
А-В-С (0,3:0,1:0,6) |
19,4 |
24,0 |
A>0,29 B<0,09 С>0,62 |
|
A-D-E (0,2:0,3:0,5) |
18,9 |
22,5 |
Е>0,28 D>0,21 А>0,14 |
|
A-D-C (0,2:0,2:0,6) |
17,0 |
21,2 |
A>0,10 D>0,14 C>0,49 |
При введении флокулянтов происходит существенное укрупнение размеров частиц дисперсной фазы, поэтому можно ожидать изменения параметров структурообразования, которое протекает при достижении критической концентрации структурообразования (ККС) [3]. Введение смесей флокулянтов заметно снижают критическую концентрацию структурообразования по сравнению с индивидуальными полиэлектролитами, а также проявляют высокую активность по обезвоживанию осадка и снижению содержания взвешенных веществ (ВВ) в фильтрате (табл. 3).
Таблица 3. Характеристики процесса обезвоживания активного ила
|
Флокулирующие системы |
Начальная скорость флокуляции, 102, с-1 |
Содержание ВВ в фильтрате, мг/л |
ККС, % масс. (активный ил) |
Влажность осадка ИАИ*, W% |
|
- |
1,0 |
745 |
2,5 |
99,51 |
|
А |
10,5 |
45 |
1,5 |
88,6 |
|
В |
4,7 |
90 |
1,4 |
86,75 |
|
А+В |
16,0 |
30 |
1,1 |
85,7 |
|
А+С |
15,9 |
24 |
1,0 |
87,2 |
|
А+В+С |
17,0 |
20 |
0,8 |
80,1 |
* - избыточный активный ил.
Причиной снижения критической концентрации структурообразования в присутствии полиэлектролита, по всей видимости, является как процесс «мостикообразования» между частицами дисперсной фазы через макромолекулы, так и гидрофобизация поверхности частиц за счет адсорбции на них флокулянта. Оба этих фактора способствует формированию межчастичных контактов и пространственной структуры.
Выводы.
- Изучение бинарных и тройных композиций катионных полиэлектролитов показало возможность их использования как эффективных флокулирующих систем.
- Выявлена корреляция между данными по кинетике флокуляции и структурно-механическими характеристиками суспензии каолина при введении композиций из катионных полиэлектролитов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Дрябина С.С., Малышева Ж.Н., Навроцкий А.В. и др. // Журн. прикл. химии. 2005. Т.78 . №7. С. 1169.
- Новаков И.А., Дрябина С.С., Малышева Ж.Н. и др. // Коллоид.журн. 2009. Т.71 . № 1. С.97-103.
- Новаков И.А., Навроцкий А.В., Дрябина С.С. и др. // Известия ВолгГТУ (Сер. Химия и технология элементоорганических мономеров и полимерных материалов. Вып. 4)/ Сб. научн. ст.№5- Волгоград: Изд. ВолгГТУ, 2007. С.116-199.
Работа представлена на заочную электронную конференцию «Современные наукоемкие технологии», 15-20 февраля, 2009г. Поступила в редакцию 05.03.09г.
Библиографическая ссылка
Зубрева Ю.С., Малышева Ж.Н., Навроцкий А.В. МНОГОКОМПОНЕНТНЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ДИСПЕРСИЙ // Современные наукоемкие технологии. – 2009. – № 4. – С. 74-76;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=26328 (дата обращения: 18.04.2024).