Сорбция ионов металлов полимерными композитами

СОРБЦИЯ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ ПОЛИМЕРНЫМИ

КОМПОЗИТАМИ

И.Ю. Зацепин (Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(технический университет)), В.С. Соловьев Научный руководитель - к. т.н., доцент М.В. Успенская

Рассмотрена сорбция ионов металлов полимерными композициями. Показано влияние концентрации наполнителя на время начала гелеобразования.

Введение

Акрилатные полимеры достаточно широко используются в качестве абсорбентов различных водных растворов, в частности, растворов солей моно- и поливалентных металлов, что делает возможным их применение в качестве основы материалов, используемых при очистке сточных и промышленных вод. Но используемые полимерные материалы обладают существенным недостатком - низкой прочностью. Для устранения этого недостатка в полимерную матрицу вводят различные наполнители, например, бентониты. Бентониты представляют собой глиноподобные материалы, которые используются для приготовления буровых растворов и в виноделии в качестве осветителей, и как сорбент для очистки сточных вод [1].

Поэтому изучение закономерностей синтеза полимерной композиции на основе акриловых производных и бентонитов в качестве модификаторов является актуальным. Целью данной работы являлось исследование зависимости времени начала гелеобразования от концентрации наполнителя.

Экспериментальная часть

В ходе работы были получены полимерные композиции с бентонитами в качестве наполнителя. Композиционный материал может сорбировать не только воду, но и ионы тяжелых металлов. Синтез таких полимерных композиций и исследование их абсорбционных свойств в водных растворах ионов тяжелых металлов и является целью данной работы.

В качестве полимерной матрицы использовались акрилатные композиции на основе сшитых полимеров, а в качестве наполнителя - №-Са бентонит. Композиции были синтезированы путем радикальной полимеризации в водных средах при температуре 20-60°С. В качестве основы для полимерной матрицы были использованы мономеры: акриловая кислота и акриламид в соотношении 70 масс.% кислоты - 30 масс.% акрила-мида. В качестве инициатора была использована система персульфат аммония - тетра-метилэтилендиамин, а - метиленбисакриламид в качестве сшивающего агента.

Степень нейтрализации акриловой кислоты составляла а=0,9. Полимеризацию проводили при начальной концентрации мономеров 30 масс.% и концентрации сшивающего агента - 0,3 масс.%. Время синтеза композиций в водной среде 0,5-5 ч.

Обсуждение результатов

В ходе работы были получены полимерные минералсодержащие композиции и исследовано влияние условий синтеза на время начала гелеобразования. Поскольку получение композиций методом свободно-радикальной полимеризации представляло собой одностадийный процесс, то влияние наполнителя существенным образом сказывалось на закономерности протекания реакции.

Введение наполнителя приводит к увеличению удельной поверхности, что свидетельствует об уменьшении плотности упаковки, и, следовательно, о сильном влиянии

наполнителя на процессы структурообразования и на свойства полученных образцов [2]. При формировании трехмерной сетки полимера процесс полимеризации в присутствии наполнителей протекает несколько иначе, чем при гомофазном процессе. Наличие сильно развитой поверхности наполнителя приводит к возрастанию скорости обрыва реакционных цепей на поверхности наполнителя, в результате чего густота сетки уменьшается, и сетка становится более дефектной [3].

В работе [4] показано, что при радикальной полимеризации на твердых носителях изменяется «истинная» реакционная способность мономеров и макрорадикалов за счет комплексообразования с адсорбционными центрами поверхности, что приводит к резкому понижению скорости реакции в адсорбированных слоях по сравнению с полимеризацией, протекающей в массе. Эти закономерности наблюдались и в нашем случае.

Результаты проведенных экспериментов, влияния концентрации минералсодер-жащего наполнителя на время начала гелеобразования приведены в табл. 1.

Концентрация бентонита, масс.% Время начала гелеобразования, мин

0 8

10 23

20 31

30 39

40 46

50 52

60 59

Таблица 1. Влияние концентрации наполнителя на время начала гелеобразования

Из табл. 1 видно, что при увеличении количества наполнителя в реакционной смеси время начала гелеобразования закономерно увеличивается, что объясняется тем, что бентонит значительно влияет на реакционную способность мономеров, уменьшая подвижность макрорадикалов в адсорбционном слое, выступает в роли ингибитора процесса, снижая скорость полимеризации на начальной стадии процесса.

В данном случае время начала гелеобразования определяет не время начала полимеризации, которая на самом деле начинается практически сразу после введения инициатора, а момент времени, когда увеличение вязкости реакционной массы за счет образования полимера превышает ее уменьшение вследствие снижения концентрации мономера.

Заключение

Получены композиции на основе бентонита и акриловых сополимеров. Выявлена зависимость влияния концентрации наполнителя в реакционной смеси на время начала гелеобразования: с увеличением бентонита в полимерной матрице увеличивается время начала гелеобразования. Приведенные результаты демонстрируют, что гетерогенность оказывает значительное влияние на механизм инициирования и кинетику полимеризации.

Литература

1. Способ обработки сусел и виноматериалов бентонитами: Пат 2221016 Россия НПК7С12Н1/02. Кубан. гос. технол. ун-т. Соболев Э.М. Стафионов И.К., Мишин М.В., Таланян О.Р. N2002114321/13. Заявл 31.05.2002. Опублик. 20.02.2004.

2. Успенская М.В., Сиротинкин Н.В., Горский В.А., Голощапов Ю.Г. Упрочнение тет-разолилакрилатных гидрогелей фуллеренами // Пластмассы со специальными свой-

ствами: технологии и применение: Межвузовский сборник научных трудов. - СПб -2004. - С. 77-78.

3. Козлов Г.В., Липатов Ю.С. Структурный аспект межфазной адгезии в дисперсно-наполненных полимерах // Вопр. химии и хим. технологии. - 2002. - №3. - С. 65-67.

4. Брук М.А., Павлова Л.В., Кондратьева М.В. Реакционная способность мономеров и макрорадикалов при радикальной полимеризации на твердых поверхностях // Высо-комол. соед. - 1996. - Т. 38. - № 12. - Сер. А. - С. 1948-1955.