Содержание к диссертации
СТР
СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ _г4
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1. СОПОЛИМЕРЫ АКРИЛАМИДА КАК
ЭФФЕКТИВНЫЕ ФЛОКУЛЯНТЬЇ В МОДЕЛЬНЫХ
ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМАХ (ОБЗОР ЛИТЕРА!УРЫ) . 11
1.1, Влияние концентрации дисперсной фазы и
флокулянта 12
1 2. Влияние состава, степени нейтрализации и
неоднородности по составу сополимеров акриламида 13 1.3, Влияние молекулярной массы и
молекулярно-массойого распределен^ 18
1А Влияние/ftf и ионной силы 22
Влияние бинарных добавок полиакрлцамидных флокулянтов 26
Совместное действие флокулянт козлят и
флокулянт- поверхностно-активные вещества 29
1.7, Влияние технологических факторов.. 33
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ЛИТЕРАТУРНОМУ ОЬЗОРУ 35
ГЛАВА 2 ДАННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 37
2.1. Флокуляния в режиме свободного (нестесненного)
оседания , 38
Флокулящія суспензии охры в чисто водных средах 39
Флокуляция суспензии охры R водно-солевых (№С1)средах l.,_ ., Д7
Влияние рН дисперешнной ср*дЫ на кинетику флокуляции суспензии охры... 83
2.2. Флокуляция в режиме стесненного оседания 99
-г
Флокуляция суспензии охры в чисто водных средах ... 99
Флокуляция суспензии охры в ь0дно-солевых (NaCl) средах ПО
2.2.3. Влияние рН дисперсионной ср^ды 11а кинетику
флокуляции суспензии охрьі ИЗ
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ...,. 122
3.1. Характеристика исходных веществ,,,, ч 122
ЗЛ.1. Получение образцов сополимеров с различной
молекулярной массой 124
3.2. Методы исследования 125
Методика изучения кинетики Флокуляции суспензии охры в режиме свободного (нестесненного) оседания :...„. 125
Методика изучения кинетики смененного осаждения и уплотнения осадков суспензии охры. 128
Вискозиметрический анализ... 129
рН-мегрия 132
Микроэлектрофорез 132
Кондуктометрия... 133
Методика изучения адсорбции полимеров и коагулянта NaG на охре ,, 135
ВЫВОДЫ 139
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ..141
СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
АА - акриламмд
ПАА - полиакриламил
ГПЛА - гидролиз об анный полиакриламид
Ф - флокулянт
ПААФ - полиакриламвдные флокулянта
А - анионный ПААФ
К - катионнъгй ПААФ
Н - неионогенньга ПААФ (ПАА)
ПОЗ - полно ксиэтлек
СТ - степень гидролиза
[3 - концентрация ионогенных звеньев
М - молекулярная масса
Мт, - ередневязкостная молекулярная масса
ММР - молекулярно-массовое распределение
УЗД - ультразвуковая деструкция
НС. - неоднородность по составу
L - параметр Щуяыга (полидисперсность (со)полимера по молекулярной массе)
у - степень нейтрализации
С - концентрация полимерной добавки
ДС - дисперсионная среда
Ї - ионная сила
ДФ - дисперсная фаза
Z' - по ли дисперсность по размерам у анализируемого ансамбля частин ДФ
Со - концентрация ДФ
R- средний радиус частиц ДФ
v - скорость седиментации частиц
m(t) - текущие значения массы осадка
пішак - максимальная масса осадка в конкретном эксперименте
Q - степень осветления дисперсии
D - интегральный флокулирующий эффект
D' - дифференциальный флокулирующий эффект
X - интегральная флокулирующая активность
к' -дифференциальная флокулирующая активность
ДЭС - двойной электрический слой
Q - электрокинетический потенциал
ct - степень адсорбции
ПАВ - поверхностно-активное вещество
АПАВ - анионное ПАВ
КЛАВ - катиопное ПАВ
НПАВ - неионогєнное I1AB
IR I - среднеквадратичные размеры макромолекул
/С числовязкости
[т|] - предельное число вязкости
Wa - массовая доля анионного ПААФ в смеси
Wk - массовая доля катионної о ПААФ в смеси
F - вискозиметричеекий параметр
F' — электрохимический параметр
Введение к работе
На рубеже тысячелетий одной из важнейших проблем в области экологии стала проблема снижения уровня антропогенного воздействия на водный бассейн планеты - в масштабах рек, озер, морей и океанов. В этой свячи несомненную актуальность приобретают исследования по углубленном)' и всестороннему изучению закономерностей и отысканию доступных nvreR усовершенствования п интенсификации различных промышленных процессов, связанных с разделением твердых и жидких фаз и, прежде всею, в процессах очистки природных и сточных вод. Во многих отечественных и зарубежных промышленных технологиях, связанных с разделением твердых и жидких фаз, весьма эффективным оказалось использование природных и синтетических водорастворимых полимеров. В частности, в самых разнообразных промышленных процессах в качестве сравнительно доступных и недорогих. малотоксичних и высокоэффективных водорастворимых флокулянгов широкое применение нашли статистические-, блок- н привитые сополимеры акриламида Ел^е одним дополнительным аргументом в пользу расширенного применения шлиакриламидных флокулянте б (ПААФ) в разнообразных технических процессах, связанных е разделением твердых и жидких фаз. является сравнительно большой ассортимент флокулянгов этого класса - ча рубежом и в России в промышленном масштабе освоен выпуск целого ряда марок ионогенных (анионных и катионных с различной концентрацией ионогенных групп) и неионогенных (со)полимеров акриламида. Из скаїанного вобсє не следует универсальность 11ААФ как флокулянтов, поско;іьку дтя конкретных модельных и реальных дисперсных систем (ДС) они могут оказаться не голько слабыми ускорителями процессов седиментации частиц дисперсной фазы (ДФ). но даже вызвать замедление этого процесса в этом случае ПААФ выступает уже в роли стабилизатора частиц ДФ. Зачастую присутствие (или, наоборот, отсутствие) в сложных многокомпонентных дисперсных системах
сравнительно небольших концентраций активных ишредиенток (типа ПАВ, электролитов, красителей и др.) может радикальным образом сказаться на ее седиментационной устойчивости - как в сторону ее повышения, так и снижения. Поэтому одна из наиболее важных задач современной физико-химии гстсрогешіьіх систем связана с отысканием дополнительных резервов повышения эффективности действия ПААФ в сложных, много ком по нентных системах. Углубленный анализ закономерностей флокуляции с целью отыскания таких рациональных путей воздействия на ДС следует, естественно. начинать с модельных ДС, поскольку только для них на современном уровне исследований можно рассчитывать на получение строгих количественные соотношений по влиянию конкретных параметров на процессы адсорбции и флокуляции, а значит вплотную подойти к разработке конкретных путей оптимизации макроскопических процессов седиментации частиц ДФ,
Очень существенное (а в ряде случаев - определяющее) влияние на флокулирующую активность ПААФ оказывает и концентрация ДФ, воздействие которой на кинетику и даже на механизм процесса флокуляции наиболее отчетливо проявляется при изменении режима седяменіации, а именно при переходе от свободою к стесненному оседанию или наоборот В этой связи актуальным предст аштяе і ся сопоставительный анализ кинетики процессов флокуляпии в присутствии одних и тех же образцов ПААФ в режимах свободного (нестесненного) и стесненного оседания на призере конкретной модельной ДС - суспензии охры При проведении систематических исслсдоваїлтй кинетических закономерностей процесса седиментации суспензии охры в присутствии ПААФ и различного рода активных добавок эксперименты необходимо было спланировать таким образом, чтобы при этом реализовывалась возможность количественной оценки влияния конкретного фактора в обший (результирующий) макроскопический эффект.
Цель и задачи исследования. Основная цель рабош - на примере модельной ДС - суспензии охры найти эффективные способы повышения флокулирующих показателей ионогенных и неионогенных ПАЛФ в
многокомпонентных дисперсионных средах, содержащих различные по природе активные добавки. Для достижения этой пели необходимо были решить следующие задачи;
разработать надежные методы контроля за кинетикой процесса флокуляцин суспензии охры в сложных, многокомпонентных системах, как в режимах свободного, так и стесненного оседания;
проанализировать влияние на кинетику флокуляции суспензии охры ионной силы. рН: молекулярных характеристик ПААФ и ряда технологических параметров процесса;
на количественном уровне (но сопоставлению ф л окулирующих активностей 11ААФ) провести оценку влияния на седимептационную устойчивость ряда активных ингредиентов в анализируемых системах и следующих параметров флокулянтові природы и состава, молекулярной массы и полидисперсности по молекулярной массе, конформационного состояния макромолекул (со)полимеров акриламила.
Научная новизна и значимость работы. В режимах свободного и стесненного оседания для сложных, многокомпонентных дисперсных слоем разработаны методики переходов от данных кинетического анализа к величинам флокулирующих активностей X. В отсутствие осложняющих факторов, связанных с неоднородностью анализируемых ансамблей макромолекул по составу, проведена корректная оценка влияния молекулярной массы и по ли дисперсности по молекулярной массе на флокулирующие активности ионогенных (анионного - А и катионного - К) ПААФ В случае бинарных добавок А и К проанализировано влияние на величин}' а каждого из полимерных компонентов смеси, а также режима их введения. Для определенных составов ионогенных сополимеров акрилам ила и при оптимальном соотношении концентраций дисперсной фазы и ПААФ обнаружен синергизм действия компонентов в случае бинарных добавок ПААФ - электролит (NaCl). Для различных по природе ПААФ по данным о кинетике
процессов флокуляции охры впервые подсчитаны константы уплотнения и плотности образующихся осадков.
Практическая значимость работы. Установленные в работе новые закономерности процессов флокуляции (в частности, синергическии эффект в присутствии бинарных добавок активных компонентов) суспензии охры в присутствии ПААФ могут послужить научной основой при разработке оптимальных режимов ускоренного осаждения реальных многокомпонентных систем. Примененный авторами подход к оценке кинетических закономерностей флокуляции суспензии охры в режиме стесненного оседания может быть ислользован для управления кинетикой процесса уплотнения и структурными параметрами образующихся осадков других более сложных (в том числе и реальных) ДС,
Личное участие автора Диссертант выполнила все жоперимен гы но
ИЗучеНИЮ ПрОПеССОВ флОКу'ЛЯТЩИ СуСПеНЗИИ ОХрЫ В режимах Свободного И
стесненного оседания, провела обработку кинетических данных и принимала активное участие в обсуждении результатов работы и в представлении их для публикаций в журналах.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 научных статей и 5 тезисов докладов.
Апробация работы. Результаты работы до клады вались на - научно-технической и учебно-методичесюй конференции «Экологическое образование и охрана окружающей среды» (Казань, 1999); - Всероссийской научно-практической конференции «Экономические и техно л 01 иче с кие аспекты синтеза и применения полимерных флокулянтов для очистки хозяйственных, бытовых и сточных вод и обезвоживания осадков («Флок - 2000»)» (Дзержинск. 2000); - X Международной конференции студешов и аспирантов «Синтез, исследование свойств. модификация и переработка высокомолекулярных соединений» (Казань, 2001); - Выездной сессии «Химические процессы в коллоидных системах» научного совета по коллоидной химии и физико-химической механике РАН (Казань. 2001)
i;j
Результаты работы обсуждались также на отчетных конференциях Казанскою государ етвенн о го технологического университета в 2000 - 2001 гг.
Объекты и методы исследования. В работе в качестве флок\ лянтов использовали синтезированные в лабораторных условиях ионогсшн.іе и неионогенные (со)полимеры акриламида, Ионогетгные сополимеры различных молекулярных масс получади радикальной деструкцией высокомолекулярных образцов. Кинетика флокуляции охры в режиліе свободного оседания изучена на торсионных весах типа ВТ - 500, а в режиме стесненного оседания - на мерных цилиндрах объемом 2л. Вязкость растворов полимеров измеряли на вискозиметре Оствальда, Измерения рН проводились на цифровом рП метре И 120 М. Электрофоретилескую подвижноаъ частиц охры определяли на автомаптческом измерительном микроскопе «PARMOQUANT - 2;\ Электропроводимость регистрировалась с помощью кондуктометра "Импульс" с диапазоном измерении КГ9 -=- Ю-4 См/см. Степень адсорбции ПДА нп охре а в водной и водно-солевой средах определялась вискози_метрически и методом вторичной флокуляции. Для оценки адсорбции хлорида натрия на охре использовали метод пламенной фотомеїрии.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена па 152 страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав (литературный обзор, данные экспериментов и их обсуждение, экспериментальная часть), выводов, списка используемой литерагуры из 105 наименований Работа иллюстрирована 47 рисунками и содержит 10 таблиц.
Ра&ота выполнена в рамках Государственной программы развития науки и техники Республіки Татарски «Химиям химическая технология», постановление ЛЬ 212 от 14.04 L>4
