О природе закрепления макромолекул полиэлектролита на почвенных частицах

О природе закрепления макромолекул полиэлектролита на почвенных частицах Шарипова А. Ш.1, Артикова Г. Н.2, Сейтназарова О. М.3, Ажиниязова Ш. С.4

1 Шарипова Айша Ибрагимовна /Sharipova Aysha Ibragimovna — кандидат химических наук, доцент, кафедра физической и коллоидной химии;

2Артикова Гулзор Нарбаевна /Artikova Gulzor Narbaevna — ассистент, кафедра общей и органической химии;

3Сейтназарова Оксана Муратбаевна / Seytnazarova Oksana Muratbaevna — ассистент;

4Ажиниязова Шолпан Сарсенбаевна / Azhiniyazova Sholpan Sarsenbayevna — ассистент, кафедра физической и коллоидной химии, Каракалпакский государственный университет, г. Нукус, Республика Узбекистан

Аннотация: кислоты с акриламидом, с последующим гидролизом синтезированных сополимеров, гидроксидом калия и нейтрализацией дигидрофосфатом калия. Исследованы свойства синтезированных полиэлектролитов и возможности их применения для улучшения свойств засоленных почв Каракалпакстана.

Ключевые слова: водорастворимые полимеры, полиэлектролиты, малеиновая кислота, акриламид, сополимеризация.

Водорастворимые полимеры (ВРП) и полиэлектролиты (ПЭ) находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства: для получения новых материалов и ионитов, как активные добавки к дисперсным системам, для оструктуривания почв, предотвращения водной и ветровой эрозии, закрепления грунтов, подвижных песков, стабилизации глинистых буровых растворов, флокуляции различных рудных и нерудных пульп, природных мутных и промышленных сточных вод, и др. [1 - 2].

Взаимодействие ПЭ с почвенными дисперсиями можно оценить, изучая ИК - спектры почвы, ПЭ и структурированной полиэлектролитами почвы.

Как известно [1, 3 - 6], основной причиной образования почва-полимерных комплексов считается возникновение межмолекулярных связей, имеющих донорно-акцепторную природу. При взаимодействии полимера с частицами дисперсной фазы акцепторами могут быть в определенной степени протонизированные атомы водорода гидроксилов частиц твердой фазы, а донорами электронов - функциональные группы макромолекул ПЭ.

Авторами [3 - 6] выявлено, что максимумы полос в спектрах минералов (бентонит, каолинит,) обработанных ПЭ-ми, не совпадают с максимумами полос самих ПЭ, а имеют различные значения при адсорбции одного и того же полимера на разных минералах.

В работе приведены данные изучении некоторых коллоидно-химических свойств растворов образцов ПЭ, полученных авторами [7] сополимерзацией малеиновой кислоты (МК) с акриламидом (АА), гидролизом синтезированных сополимеров гидроксидом калия и последующей нейтрализацией добавлением дигидрофосфата калия. Образцы ПЭ условно обозначены МААГ-5-К., (МААГ-5-К) КН2РО4.

Структурообразующее действие оценивали по количеством водопрочных агрегатов на почвенных дисперсиях в присутствии различных концентрации растворов ПЭ.

Полученные данные при изучении поглощения света ИК-частот полиэлектролитом МААГ-5-К и почвой, обработанной растворами (МААГ-5-К) КН2РО4 имеющими концентрацию 0,025г/дл, 0,1г/дл и 1,0г/дл. приведены в таблице.

Анализ ИК-спектров исходной и обработанной ПЭ почвы показывает (рисунок), что максимумы при 3620 см-1 и широкая полоса поглощения в интервале частот 3000-3550 см-1, характеризуют колебание свободных и ассоциированных групп ОН...О=С, ЫН....ОН, ОН...ЫН, связанных водородной связью с гидроксильной группой, соответственно. Кроме того наблюдается широкий интенсивный максимум при 1029 см-1, который можно интерпретировать как результат валентных колебаний аниона РО^ , связанного с амидными группами ПЭ (С-ОR ^=Н, CH) и как возможную водородную

связь амидных групп с поверхностью частиц С^=0 группами.

Сравнение ИК-спектров почвы, обработанной растворами ПЭ (спектры 3 - 5), со спектрами исходной почвы (2) и МААГ-5-К (1) обнаруживает отсутствия полос поглощения, соответствующих колебаниями амидного карбонила и карбоксильной группы, наблюдаемых в спектре самого МААГ-5-К (1), и смещения в сторону низких частот широкой полосы поглощения 2585-3580 см-1, характеризующей колебания ассоциированных ОН, ЫН-функциональных групп, относительно таковой полосы поглощения (3000-3550 см-1), присутствующей в спектре почвы (2) (спектры 3 - 5). Это позволяет утверждать, что при взаимодействии (МААГ-5-К) КН2РО4 с почвой происходит образование водородных связей, что подтверждается также ИК-спектрами почвы (2), обработанной

(МААГ-5-К) КН2РО4' в которых существуют слабые по интенсивности полосы поглощения 1778 см"1, 1680 см-1, 1637 см-1, 1618 см-1, указывающие на наличие в исследуемой почве карбоксильных, амидных и фосфатных групп. Вместе с тем, в спектре почвы (3) наблюдается с заметно более низкой интенсивности полоса поглощения 3620 см-1, соответствующая колебанию свободной ОН-группы, а также более размытый максимум в интервале частот 400-700 см-1, характеризующий колебания обертонов водородной связи ОН..Х (Х=ОН, !ЫН...О=С).

В связи с вышеизложенным можно полагать, что ярко выраженные водородные связи между функциональными группами (МААГ-5-К) КН2РО4, и частицами почвы в оптимальных условиях образуются тогда, когда почва обрабатываются раствором концентрации 0,025г/дл.

На основании ИК-спектров поглощения почвенных частиц и их композиций с ПЭ установлено, что адсорбция ПЭ происходит за счет образования водородных и ионных связей их функциональных групп на поверхности частиц почвы. Возможны взаимодействия ПЭ и с многовалентными катионами, присутствующими в почве. Эти взаимодействия между ПЭ и мелкими частицами почвы приводят к их агрегированию, т.е. к образованию более крупных агрегатов частиц почвы.

Таблица 1. ИК-спектры поглощения почвенных частиц и их композиций с полилиэлектролитами

№

Соединение

Характерные полосы поглощения

жщ

соон,

V

соо, 1 ^

5

он, 1

он, -

-Ъ

V

81=0,

V

с-он,

МААГ-5-К

Почва (исходная) Почва+0,025

г/дл ПЭ Почв + 0,10 г/дл ПЭ. Почва+1,00 г/дл ПЭ.

1667

1725

1454 1432 1431 1435 1435

3960 интенсив. 3220 ослабл. 3620 3000-3550

3620 2585-3500

3620 2585-3500

3627 2585-3500

V

3 .-1

Ро4 , -

Примечание: о-в этой области находятся слабые по интенсивности полосы поглощения: присутствующей ВРП 1778 см-1, 1660 см-1, 1637см, 1618 см-1.

Рис. 1. ИК-спектры поглощения; 1. МААГ-5-К., 2. Почва (исход., 3. Почва+ПЭ (0,025г/дл), 4. Почва+ПЭ(0,010г/дл),

5. ПЭ+

Литература

1. Ахмедов К. С и др. Водорастворимые полимеры и их взаимодействие с дисперсными системами. Ташкент. Фан. 1969. C. 106-132.

2. Запольский А. К., Баран А. А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды. Л.: Химия. 1987. 208 с.

3. Michaels A. S., Morelos O. Polyelectrolyte Adsorption by Kaolinite // Ind.-End.Chem, 1955. V. 47. P. 1801-1804.

4. Масленкова Г. Л. Исследование структурообразующих свойств полимеров методом инфракрасной спектроскопии. // Коллоид. журн., 1961. № 5. Т. 23. С. 615-620.

5. Хамраев С. С., Арипов Э. А., Ахмедов К. С. Электронно-микроскопические изучение структурообразования в бентонитах под влиянием препарата К-4 //ДАН. Уз. ССР, 1962. № 8. С. 38-40.

6. Хамраев С. С., Ягудаев М. Р. Изучение структурообразования в бентонитовых глинах методом ИК-спектроскопий. // Колл.журн., 1965. т. 27. С. 121-125.

7. Асанов А. А., Шарипова А. И., Джумамуратова М. К., Маматджонова З. Способ получения структурообразователя почв // Предварительный патент: № 4810. РУз. от 09.12.1997.