К.х.н., академический  профессор    Дармагамбет  К.Х.,

магистрант  Нурманов Б., д.х.н., профессор   Мусабеков К.Б.

Кызылординский государственый  университет  им.Коркыт ата

Казахский национальный университет им.Аль-Фараби

 

ФЛОКУЛЯЦИЯ АЭРОСИЛА В  ПРИСУТСТВИИ   ПОЛИМЕРОВ

 

 

Оптимизация и увеличение эффективности флокуляции является важнейшим условием селективного разделения твердой и жидкой фаз. В связи с этим в данной работе на примере модельной гидродисперсии аэросила, исследовано закономерности кинетики флокуляции  в присутствии  индивидуальных неионогенных полимеров и их смесей. Исследования кинетики флокуляции важны для изучения ее механизма. Флокуляцию  под влиянием электролита, полимера и их смесей  исследовали в разбавленных дисперсиях аэросила 0,05 г/л. Полимеры использованы без дополнительной очистки.


             Обычно с ростом содержания полимера в коллоидных растворах устойчивость их сначала снижается, а затем резко возрастает. Однако эта закономерность в указанном виде соблюдается далеко не всегда: существенное значение имеют также такие факторы, как длина цепи макромолекул, их конформация, присутствие электролитов в системе, концентрация дисперсной фазы и размер частиц.  Для определения критических концентраций

Рисунок 1. Кинетика изменения оптической плотности при флокуляции аэросила при рН =11 полиметакриловой кислотой  (0,25 моль/л). Концентрация NaCI в моль/л: 1 – 0; 2 – 0,11. Электролит введен: 2 – в раствор полимера; 3 – в раствор аэросила; 4 – смесь раствора аэросила с   полимером.

Полиэлектролитов (ККФ) вызывающих флокуляцию исследуемых золей, пользовались общепринятой методикой. За величину ККФ принимали концентрацию полиэлектролита, при которой начинается резкий рост À.    Об устойчивости исследуемых коллоидных растворов в присутствии полиэлектролитов мы судили по их отношениям к различным неорганическим электролитам, то есть по значениям порогов коагуляции электролитов. При определении порога коагуляции порядок внесения компонентов был аналогичен вышеуказанному, с той лишь разницей, что после прибавления коагулирующего электролита коэффициент светопропускания измеряли через 2 часа. При флокуляции по механизму мостикообразования адсорбированные полимеры должны простираться в раствор существенно дальше действия сил взаимодействия между частицами: “мост” должен перекрыть “щель” или “критический зазор” между частицами, то есть он должен иметь размеры порядка эффективного радиуса сил отталкивания между ними. Это может быть достигнуто применением полимеров достаточно высокой молекулярной массы или добавлением в систему электролитов.

Другой механизм флокуляции дисперсий полимерами - это механизм нейтрализации или компенсации заряда поверхности частиц за счет адсорбции противоположно заряженных полиэлектролитов. Данный механизм сходен с нейтрализационной коагуляцией лиофобных коллоидов многозарядными противоионами.

            За пороги коагуляции ПК принимали концентрацию электролита, при которой светопропускание снижалось в два раза.  В этих опытах количество вводимого полимера соответствовало области ККФ. Резкое снижение оптической плотности после введения хлорида натрия можно рассматривать как результат пептизации вторичных флокул из-за сворачивания макромолекул полимера.

       Интенсивность флокуляции золя полиэлектролитом зависит от способа введения NaCl в исходные растворы полимеров, что объясняется конформационным сжатием макромолекул и уменьшением их адсорбционной способности.

                                    

                                                Литература.

1.     Баран А.А., Кочерга И.И., Соломенцева И.М., Куриленко О.Д. Изучение адсорбции поливинилового спирта и структуры адсорбционного слоя на коллоидных частицах сернистой сурьмы. - Коллоидн.ж.,1976, т.38, № 1, с.16-24.

2.     Баран А.А. Полимерсодержащие дисперсные системы.- Киев. Наукова думка. - 1986, - 204 с.

3.     Баран А.А., Кочерга И.И. Адсорбция метилцеллюлозы и ее влияние на устойчивость гидрозолей йодида серебра и сернистой сурьмы. Коллоидн.ж., 1980, т.42, № 4, с.614-620.

4.     Баран А.А., Митина Н.С., Байченко А.А. Адсорбция полиэтиленоксида и ее влияние на электроповерхностные характеристики гидрослюды.- Коллоидн.ж.,1983, т.45, № 1, с.16-21.

5.     Митина Н.С., Байченко А.А., Баран А.А. Адсорбция полиоксиэтилена и ее влияние на электроповерхностные свойства частиц суспензий отходов флотации.- Химия твердого топлива, 1983, № 4, с.151-156.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                       К.х.н., академический  профессор Дармагамбет  К.Х.,

      магистрант  Нурманов Б.

 Кызылординский государственный университет имени Коркыт ата, г.Кызылорда

 

  Устойчивость гидродисперсий  аэросила в присутствии водорастворимых полимеров.

 

На основании изучения спектрофотометрических характеристик аэросила в присутствии полиэлектролитов различной природы  установлено, что    нарушение устойчивости   гидросуспензии азросила происходит за счет образования мостичных связей. В качестве причины флокуляции рассматривают образование полимерных мостиков между дисперсными частицами через молекулы или ионы адсорбированного (хемосорбированного) высокомолекулярного соединения. С помощью данного механизма, предложенного Ла Мером с сотр./1/, удается объяснить многие наблюдающиеся на практике закономерности флокуляции дисперсий неионными и заряженными полимерами: образование в присутствии ВМС объемистых и рыхлых осадков, рост флокулирующего действия полимеров по мере увеличения их молекулярной массы (чем выше М, тем больше размеры связанных с поверхностью полимерных клубков или длиннее выходящие в жидкую фазу петли и хвосты, то есть выше вероятность контакта периферических звеньев адсорбированной макромолекулы с соседними частицами), изменение степени флокуляции в зависимости от способа и условий внесения реагента в систему, возможность флокуляции частиц одноименно заряженными полиэлектролитами.

Экспериментальная  часть.

В работе использованы полиакриловая (ПАК) и полиметакриловая (ПМАК) кислоты, синтезированные радикальной полимеризацией, очищенные и фракционированные по известным методикам /2-4/ катионные полиэлектролиты. В работе использовался образец золя SiO2. Концентрация золя  составляла  1-:-20%. Оптическую плотность системы определяли на спектрофотометре  СФ-46 при длине волны 540±10 нм.

Результаты и их обсуждения.

Водорастворимые  полимеры, в зависимости от их природы и концентрации ,природы дисперсной фазы, могут привести  как к флокуляции,так и к стерической стабилизации.

В связи с этим  в данной  работе  изучено влияние анионных полиэлектролитов полиакриловой кислоты (ПАК), и полиметакриловой  кислоты (ПМАК) на устойчивость  гидрозоля  аэросила.

Эффективность  флокулирующего действия  указанных полиэлектролитов изучали  по кинетике изменения оптической плотности (А)  гидродисперсии.

Результаты показали, что анионные  полиэлектролиты(ПАК,ПМАК) не оказывают  существенного влияния на устойчивость разбавленных гидродисперсий аэросила, но с увеличением концентрации дисперсной  фазы(Сф) аэросила до 20% эти полиэлектролиты оказывают влияние на коллоидно-химические характеристики аэросила. Поэтому нами проведены опыты по выяснению влияния указанных анионных полиэлектролитов на устойчивость концентрированной  гидродисперсий аэросила.

   На рис.1 представлены концентрационные зависимости изменения оптической плотности золя при введении полиэлектролита. Введение ПМАК сопровождается незначительным возрастанием мутности системы. По мере роста степени ионизации ПМАК интенсивность флокуляции растет, следовательно, развернутая конформация макромолекул способствует адсорбционному связыванию частиц в агрегаты.

 

  Рис.1. Концентрационные зависимости изменения оптической плотности смесей аэросил – ПМАК с Мh =1 ×104 (1) аэросил – ПМАК с Мh =4,5 ×104 (2)   аэросил – ПМАК  с Мh =1 ×10 5 (3) и аэросил – ПАК с М.М =1,2 ×105 (4).

 


 

 Появление платообразного участка на концентрационных зависимостях оптической плотности смесей золя с высокозаряженным ПМАК, может быть объяснено с учетом существования двух стадий кинетики флокуляции:: образования первичных флокул и их последующего укрупнения. Увеличение оптической плотности системы после достижения определенной концентрации,  соответствует агрегации первоначально образовавшихся флокул.

Рисунок  2

. Кинетические кривые изменения оптической плотности при введении ПМАК с М.М = 45000 (1 –4) и ПМАК с М.М. = 100000 (5). Концентрации ПМАК в моль/л: 1 – 0,0041; 2 – 0,018; 3 – 0,04; 4 – 0,051 и 5 – 0,06.

              Укрупнению флокул способствует снижение взаимного электростатического отталкивания макроионов, а также макроионов поверхности частиц аэросила, вызванное ростом ионной силы при увеличении концентрации полиэлектролита. Эти выводы подтверждаются и при анализе кинетических закономерностей изменения оптической плотности в системе золь-полимер (рис.2).

При концентрациях полимера, ниже ККФ, кинетические зависимости для золей содержащих ПАК и ПМАК идентичны: после быстрого подъема мутность во времени изменяется мало. Различный характер кинетических зависимостей оптической плотности золей, содержащих ПМАК и ПАК проявляется при концентрации полимера близких к ККФ. Таким образом, при введении любых количеств исследованных полиэлектролитов золей наблюдается рост мутности системы в тем большей степени, чем больше концентрация полимера. Следовательно, введенный в золь полимер адсорбируется одновременно на нескольких частицах, вызывая образование первичных флокул.

Результаты полученных данных показывают, что в исследованных системах связывание частиц с образованием флокул наблюдается при любых соотношениях введенного полиэлектролита т.е. область стерической стабилизации золей полиэлектролитами отсутствует.

Литература

1.     La Mer V.K. Filtration of Colloidal dispersions flocculated by anionic and cationic

     polyelectrolytes.-Disc. Farad. Soc., 1966, № 42, ð.248-254.

2.     Баран А.А. Полимерсодержащие дисперсные системы.- Киев. Наукова думка. - 1986, - 204 с.

3.     Неппер А./Стабилизация коллоидных дисперсий полимерами. М.: Мир, 1986.-487с.

4.     Баран А.А., Тусупбаев Н.К., Соломенцева И.М., Дерягин Б.В., Мусабеков К.Б. /Флокуляция отрицательного золя иодистого серебра добавками катионных полиэлектролитов// Коллоидн. ж.  -  1980. Т.42.-№1. С.10-21.