Химия и химические технологии/5. Фундаментальные проблемы создания новых материалов и технологий

К.х.н. Шачнева Е.Ю., Соловьева Л.В.

Астраханский государственный университет, Россия

Определение молекулярной массы флокулянта А-1510 вискозиметрическим способом

Целью данной работы явилось изучение влияния ионной силы растворов на дисперсность, толщину диффузионного слоя и гидратной оболочки в водных растворах флокулянта А-1510.

Расчет размеров частиц флокулянтов. Размеры частиц в водно-солевых растворах изучены по методу Геллера. Для описания светорассеяния в коллоидной системе можно воспользоваться эмпирическим уравнением:

, (1)

где κ - константа, не зависящая от длины волны, А - оптическая плотность раствора, λ - длина волны падающего света.

Зависимость lgA от lgλ в соответствии с (1) представляет собой прямую линию, тангенс угла наклона которой равен показателю степени n с минусом. Значение показателя степени n зависит от соотношения между размером частицы и длиной волны падающего света, характеризуемого параметром Z:

, (2)

где r - радиус частиц, λ - среднее значение длины волны падающего излучения.

По величине n находят соответствующее значение Z по таблице «Показатель степени n в уравнении Геллера в зависимости от параметра Z», а затем по формуле (2) рассчитывают средний радиус частиц исследуемой дисперсной системы [1-3].

В исследовании использовался 1,0 %-ный раствор флокулянта серии АК-631 (А-1510) (ТУ 6-02-00209912-41-94; тех. регламент от 20.06.98 г; изготовитель – ФГУП «Саратовский НИИ Полимеров «ООО «Гель-Сервис» г. Саратов). В полученный раствор были внесены определенные количества хлорида калия для получения растворов с ионной силой: 0 - 0,067 - 0,134 - 0,268 - 0,536 - 1,072. Все измерения проводили на фотоколориметр ПЭ-5400в кюветой l=5см. На основании полученных результатов были построены зависимости «lgA - lgλ», а также рассчитаны радиусы частиц флокулянта в зависимости от ионной силы.

Расчет толщины диффузионного слоя флокулянта. Для нахождения толщины диффузионного слоя было использовано уравнение:

, (3)

где ε - диэлектрическая проницаемость дисперсионной среды; ε₀ электрическая; R=8,313Дж/моль·К; T=298К; F=96500Кл; µ - ионная сила раствора (в наших опытах – это единственная переменная величина). Необходимо отметить следующую зависимость: с увеличением ионной силы растворов толщина диффузного слоя частиц флокулянта уменьшается.

Расчет толщины гидратных оболочек. Для определения толщины гидратной оболочки была рассчитана вязкость растворов флокулянта в зависимости от ионной силы растворов. Для этого измеряли время истечения одинаковых объемов исследуемой жидкости τ_ж (растворов флокулянта с различной ионной силой) и чистой воды τ_в. Вязкость определяли по формуле:

, (4)

где ρ_ж – плотность исследуемого раствора, ρ_в - плотность воды. Так как ρ_ж и τ_в близки, то:

, (5)

Объемную долю дисперсной фазы с гидратными оболочками находили по формуле Эйнштейна:

, (6)

где η - вязкость системы с концентрацией φ (г/дм³), η₀ - вязкость воды, α - коэффициент формы частиц. Преобразование (6) приводит к (7):

, (7)

Объемную долю дисперсной фазы без гидратных оболочек (φ^I) рассчитывали по формуле:

, (8)

где φ - концентрация флокулянта (г/дм³), φ_В - концентрация воды (г/дм³), ρ - плотность раствора флокулянта (кг/м³), ρ_В - плотность воды (кг/м³).

Толщину гидратных оболочек частиц флокулянта рассчитывали по формуле:

, (9)

где r - радиус частиц, φ^I - объемная доля дисперсной фазы без гидратных оболочек, φ_Г - объемная доля дисперсной фазы с гидратными оболочками.

Таким образом, с помощью уравнения (9) была рассчитана зависимость толщины гидратных оболочек частиц флокулянта А-1510 от ионной силы растворов.

Расчет молекулярной массы растворов флокулянта. Для нахождения молярной массы флокулянта необходимо было рассчитать значение характеристической вязкости, которую в данной работе рассчитывали по формуле:

, (10)

где η_уд – удельная вязкость раствора флокулянта (Па·с), С – концентрация флокулянта в растворе (г/дм³).

Значение η_уд рассчитывали на основании значений относительной вязкости раствора флокулянта η_отн, величины которой находили по следующей формуле:

, (11)

где η – вязкости растворов флокулянта (Па*с), η₀ – вязкость чистого растворителя.

Удельная вязкость раствора рассчитывалась по формуле:

, (12)

Для расчета молекулярной массы флокулянта А-1510 использовалась следующая формула:

, (13)

где η – характеристическая вязкость; К – константа Кирквуда; α – константа, которая в зависимости от природы растворителя имеет значение 0,5-1. В результате расчетов были получены следующие значения молекулярной массы (г/моль) флокулянта А-1510 (таб. 1).

Таблица 1

Зависимость молекулярной массы флокулянта А-1510 от ионной силы раствора

Вещество	Ионная сила, μ
	0	0,067	0,134	0,268	0,536	1,072я
	Молярная масса флокулянта М, г/моль
А-1510	501187,2	251188,6	251188,6	251188,6	158489,3	158489,3

На основании полученных результатов можно отметить: с увеличением ионной силы раствора, молярная масса раствора флокулянта уменьшается. Полученные результаты могут быть использованы для изучения процессов взаимодействия частиц флокулянтов в водных растворах, а также при изучении сорбционных процессов.

Литература

1. Шачнева Е.Ю., Алыков Н.М. Изучение сорбции флокулянтов на сорбенте CВ-1-A // Безопасность жизнедеятельности. 2010. № 8. С. 39-42.

2. Шачнева Е.Ю. Физико-химия адсорбции флокулянтов и синтетических поверхностно-активных веществ на сорбенте СВ-1-А: Дис. … канд. хим. наук. Махачкала., 2011. 139с.

3. Шачнева Е.Ю., Алыков Н.М., Алыкова Т.В. Поверхностно-активные вещества и флокулянты в объектах окружающей среды. Методы концентрирования, определения и удаления // Астрахань.: Изд. «Астраханский Университет». 2011. 107 с.