УДК 541.18

ПРИМЕНЕНИЕ И ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПОЛИМЕРОВ СУОВН ДЛЯ РЕГУЛИРОВНИЯ СВОЙСТВ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

Кобланова Онгаркул Нурмуханбетовна

канд. хим.наук, доцент Университет Сырдария, г.Джетысай

Битемирова Алия Еркегуловна

канд. хим.наук, доцент ЮКГПИ, г.Шымкент

Баймаханова Гужан Мусабековна

канд. хим.наук, доцент ЮКГПИ, г.Шымкент

Аннотация

Разработан способ получения углещелочного реагента /СУОВН/ путем гидролиза бурого угля Карашыныракского месторождения, содержащего в основном гуминовые кислоты. Найдены оптимальные условия получения полиэлектролит СУОВН и его применение для осветления сточных вод, представлен компонентный состав. Выяснено, что водные дисперсии СУОВН обладает полиэлектролитным характером и поверхностно-активными свойствами.

Methods of clarification waste,

O.N.Koblanova candidateof chemistry, Syrdariya’s university

Е-mail: Koblanova.o.n@mail.ru

Bitemirova Aliya Erkegulovna,

Baimahanova Guljan Musabekovna

Research supervisor, candidate of chemistry, associate professorof SKSPI, c.Shimkent

Е-mail: bitemirova1960@mail.ru

Е-mail: baimahan-gukanai@mail.ru

Summary

A method of producing lignin-alkaline reagent / СУОВН / by hydrolysis of Karashynyraklignite deposits which containing mainly humic acid. The optimal conditions for obtaining the polyelectrolyte СУОВН and its application for clarification of waste water, presented the component composition. It was found that the aqueous dispersions СУОВН polyelectrolyte character and has surface - active properties.

Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы.

В зависимости от степени вредности и характера загрязнений очистка сточных вод может производиться каким-либо одним способом или комплексом методов. В процессе очистки предусматривают обработку осадка и обеззараживание сточных вод перед сбросом их в водоем.

 Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов; их делят на две основные группы: содержащие неорганические примеси, в т.ч. и токсические, и содержащие яды.

Основными направлениями экономического и социального развития страны поставлена задача шире использовать малоотходную, безотходную и энергосберегающую технологию. Важная роль в решении указанной задачи принадлежит созданию технологических процессов, снижающих производственные выбросы в окружающую среду и обеспечивающих комплексное исползование сырья.

В связи с этим наибольший научный и практический интерес преставляет разработка способов и технолгии получения сухих, дешовых и высокоэффективных реагентов на основе отходов пройзводства.

Водорастворимые полиэлектролиты (ВРП) относятся к необычайно интересному классу органических высокомолекулярных соединений, так как они сочетают в себе свойства как полимеров, так и электролитов. Эта их особенность обуславливает ряд специфических свойств, проявляющихся при взаимодействии с различными дисперсными системами, и позволяет применять полиэлектролиты во многих отраслях народного хозяйства. Благодаря высокой вязкости растворов и полярности ионогенных функциональных групп ВРП с успехом могут быть использованы как загустители натуральных и синтетических латексов при шлихтовании нитей печатных красок; в качестве стабилизаторов для повышения устойчивсти дисперсных систем, а также флокулянтов при очистке мутных паводковых или сточных вод, обезвоживании и сгущении рудных пульп; в качестве стабилизаторов для повышения устойчивости дисперсных систем, связующего пигментированных красок в кожанной промышленности, основы водоразбавляемых эмульсионных красок и в строительной промышленности для отдельки фасадов; в качестве основы антикоррозионных грунтовок и др.

Применение ВРП для регулирования свойств дисперсных систем практиковалось еще давно до широкого производства их синтетических аналогов. Для этих целей применялись такие природные высокомолекулярные срединения, как агар-агар, желатина, крахмал и др. Эти вещества характеризовались малой чувствительностью к действию поливалентных катионов и их можно было применять в широкой области рН.

В народном хозяйстве широко используются высокомолекулярные полимерные поверхностно-активные вещества в качестве реагентов-регуляторов свойств промышленно-важных дисперсных систем.

Кроме того, применяемые в различных отраслях народного хозяйства ВРП (ГИПАН, К-4, К-9, ППА и др.) представляют собой 8-10%-ные водные растворы. Что затрудняет транспартировку, хранение и применение в различных климатических условиях.

Поэтому поиски новых способов получения ВРП, сырья для них и нахождения новых областей их применения являются актуальной задачей современности. При этом следует руководствоваться следующими необходимыми условиями:

а) изыскание перспективного недефицитного сырья;

б) возможностью получения в сухом состоянии;

в) необходимостью содержания в конечном продукте таких функциональных групп, которые обеспечивают не только адсорбционную способность, но и устойчивость к электролитам, высоким температурам и давлениям.

В этом аспекте наиболее рентабельным считается использование полимерных отходов, что обеспечивает не только экономию ресурсов, энергии, но и предотврашает загрязнение окружающей среды и является дополнительным источником расширения ассортимента водорастворимых полиэлектролитов для применения их в различных областях народного хозяйства.

Разработан способ получения углещелочного реагента СУОВН, синтезированного на основе гуминовых кислот и отходов производства путем гидролиза дешевого бурого угля Карашыныракского месторождения, содержащего в основном гуминовые кислоты. Найдены оптимальные условия получения СУОВН: соотношение угля к гидроксиду натрия, равное 1:0,3, температура гидролиза 338-343К, время гидролиза – 3,5-4час. Показано, что компонентный состав представлен в основном гуматами натрия, а функциональный состав – гидроксильными и карбоксилатными группами. Выяснено, что водные дисперсии СУОВН обладают полиэлектролитным характером и поверхностно-активными свойствами.

В качестве омыляющего агента в этих реакциях применяли 40%-ные водные растворы гидроксида натрия. Реакцию проводили путем добавления гуминовых кислот в водную среду и иницировали ее персульфатом калия. Метакриловую кислоту, метилметакриламид и щелочь добавляли последовательно при интенсивном перемешивании в подогреваемую на водяной бане смесь.

Полимер СУОВН в виде пастообразного продукта 10%-ной концентрации, он хорошо растворим в холодной и горячей воде. Водорастворимость его объясняется наличием в нем карбоксилатных, карбоксильных, амидных, имидных и нитрилных групп.

Критерием оценки получения требуемых полиамфолитов служило их стабилизирующее действие на дисперсии Дарбазинской глины с различным содержанием дисперсной фазы.

Для определения состава и изучения свойства исходных и синтезированных полимерных препаратов выбраны современные физико-химические (термография, ИК-спектроскопия, визкозиметрия, потенциометрия, кондуктометрия) и аналитические методы исследования.

На предприятиях химической промышленности общее водопотребление составляет более 9млрд.м³ в год. Около 74% воды используемой на предпрятиях отрасли, расходуется на охлождение, остальное количество воды применяется главным образом в технологических процессах получения продукции, выполняя функции химического реагента, экстрагента, растворителя реакционной среды. В промышленности нашли широкоеприменение различные методы очисткилокальных потоков сточных вод, но даже с их использованиемпроизводственные сточные воды, поступающие на внеплощадные сооружения, как правило, содержат много соединений трудно или вообще не поддающихся биохимическому окислению. БПК сточных вод обычно составляет 30-40%, максимально 50% общего содержания органических соединений, определяемых по ХПК.

Кроме того, сточные воды ряда производства имеют очень высокую минерализацию. Для повторного использования в производстве таких сточных вод следует после очистки внеплощадных сооружениях передавать их на сорбционную доочистку и обессоливание. На предприятиях химической промышленности вследствие большого разнообразия используемого сырья и получаемой продукции, высоких специфических условий проведения каждой технологической операции, сброс сточных вод в водоем можно исключить только при создании локальных замкнутых систем технического водоснабжения, регенерации всех отработанных технологических растворов и переработки всех концентрированных сточных вод.

Разработаны различные способы осветления сточных, сажесодержащих сточных вод полиэлектролитом-флокулянтом СУОВН – синтезированного на основе гуминовых кислот и отходов производства волокна нитрон:

1) совместно с замутителем – бентонитовой глиной и насыщенным раствором CaCI₂;

2) совместно с известью.

Обычно, в используемых дозах коагулянтов степень пересыщения воды малорастворимыми продуктами гидролиза соответствует метастабильной зоне, где энергия пересыщения может оказаться недостаточной для возникновения зародышей твердой фазы. Поэтому внесение искусственных замутителей, частицы которых играют роль дополнительных центров конденсации продуктов гидролиза способствует ускарению коагуляции примесей сточных вод. Замутнение резко усиливает флокулирующее действие полиэлектролитов. Кроме этого, замутняющее вещество способно сорбировать растворенные примеси, вследствие этого возрастает глубина очистки воды. Частным случаем такой сорбции является поглашение глинами катионов водорода, образующихся при гидролизе коагулянтов.

Наиболее распространенный замутитель – глины.Так преимуществами глин, как замутителей являются:

1) эффективность действия при любых значениях рН;

2) отсутствие влияния на органолептические показатели качества воды.

В наших исследованиях в качестве замутителя была применена порошковая бентонитовая глина, в качестве флокулянта при осветлении сточных вод, использован перспективный, водорастворимый полиэлектролит СУОВН совместно с насыщенным раствором хлористого кальция. Для сравнения осветление осуществляли также полиэлектролитом К-9.

Процесс осаждения сточных вод происходит в следующей последовательности: берут 1л сточной воды, добавляют при перемешивании 10г бентонитовой глины или цемента, после этого раствор остается стоять в состоянии покоя в течении 15 минут. Затем раствор взбалтывают и добавляют 70мл 10%-ного раствора полимера, перемешивают в течении 1-2 минут и добавляют 0,5мл насыщенного раствора хлористого кальция. В результате перемешивания происходит мгновенное расслаивание раствора и выпадение крупного хлопьевидного осадка черного цвета.

Осаждение было проведено в широком интервале концентраций полимера-флокулянта для установления его оптимальной концентрации. При добавлении полиэлектролита СУОВН–0,07%, К-9–0,05% -значение оптической плотности уменьшается, т.е. достигается наилучшее осветление воды. Дальнейшее увеличение концентрации добавляемого флокулянта ведет к стабилизации системы.

Изучение кинетики осветвления сточных вод в зависимости от времении (табл. 1) показало, что при добавлении полимера СУОВН полное осветвление сточных вод наступает в течении 15 минут, с полиэлектролитом К-9 через 1 час.

Таким образом, в результате проведенных экспериментов были установлены следующие оптимальные условия осаждения взвешанных частиц сажи в производственной сточной воде при совместной обработке полиэлектролитом СУОВН, насыщенным раствором хлористого кальция и бентонитовой глиной: на 100 г сточной воды – 0,7 г полиэлектролита-флокулянта, 1 г глины и 0,4 г насыщенного раствора хлористого кальция.

Исследование кинетики осветления сажесодержащих сточных вод в присутствии коагулянта – известкового молока и флокулянта СУОВН показало, что при совместном использовании полиэлектролита СУОВН с известью осветления сажосодержащих стоков выше, чем без извести, т.к. предельная величина осветления достигается за меньший промежуток времени и в системе происходит интенсивное хлопьеобразование и осаждение.

В данном случае это можно объяснить тем, что добавляя известковое молоко вместе с полиэлектролитом мы допольнительно вводим в систему: сточная вода – полиэлектролит ионы Са²⁺, которые легко вступают во взаимодействие с карбоксильной группой полиэлектролита СУОВН, осаждаясь вместе с ним и уходя в осадок, т.е. флокулирующее действие полиэлектролита усиливается. У полиэлектролита К-9 флокулирующее действие выражено незначительно, по сравнению с СУОВН, т.к. степень гидролиза, по литературным данным, у СУОВН больше, чем у К–9 и он обладает большим числом активных функциональных карбоксильных и карбоксилатных групп.

В результате изучения влияния концентрации водорастворимых полиэлектролитов К-9 и СУОВН без или совместно с низкомолекулярным коагулянтом известью выявлена оптимальная доза СУОВН – 0,03%, а известкового молока -0,6 весовых частей для вод, содержащих 1% взвешенных частиц сажи.

Для вод, содержащих 5% взвешенных частиц дисперсной фазы, оптимальными условиями, при которых происходит мгновенное осаждение взвешенных частиц являются: 0,05% полимера СУОВН и 0,7 в.ч. известкового молока из расчета на 1м³ сточной воды.

Выводы:

1. На основе экспериментальных результатов было показано, что оптимальными условиями получения водорастворимого сополимера из отходов производства волокна нитрон (ОВН) и гуминовой кислоты в присутствии гидроксида натрия являются следующие: ОВН:ГК:NаОН = 1:0,3:0,5 время омыления 3 часа, температура омыления 368-371К.

2. С исползованием комплексных химико-аналитических и физико-химических метов анализа определен элеметарный и функциональный состав полученных препаратов, установлена их полиэлектролитная природа, показано, что является амфолитами.

3. Разработан способ очистки сточных вод пиролизного ацетилена, содержащих 1-5% взвешенных частиц сажи путем осаждения флокулянтом СУОВН совместно с известковым молоком.

Лиетратура:

1. Ахмедов К.С., Арипов Э.А., Вирская Г.М., ГлекельФ.Л., ЗайнудиновС.А., Погорельский К.В., Сидорова Т.П., Хамраев С.С., Шпилевская И.Н. Водорастворимые полимеры и их взаимодействия с дисперсными системами. – Ташкент: ФАН, 1975,

2. Хамраев С.С., АртыкбаевХ., Азимбаев С.А., Ахмедов К.С. – В кн.: Накопление и вымывание солей из структурных почв. – Ташкент: ФАН, 1984.

3. АртыковФ., Ахмедов К.С., Зайнутдинов С.А., Шушпанская Л.М. Новые полиэлектролиты для очистки сточных вод. –В сб.: Вторая республиканская конференция “Актуальные проблемы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов”. Тезисы докл. – Ташкент, 1980

4. Асанов А., Погорельский К.В., Ахметов К.С. Очистка мутных вод с использованием водорастворимых полиэлектролитов. – Узб. хим. ж., 1980 № 4