СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЛОКУЛЯНТА В ВИДЕ ПОЛИМЕР-КОЛЛОИДНОГО КОМПЛЕКСА С ЗАДАННЫМ КОЛИЧЕСТВОМ АКТИВНЫХ ГРУПП
METHOD OF PRODUCING FLOCCULANT IN FORM OF POLYMER-COLLOIDAL COMPLEX WITH GIVEN NUMBER OF ACTIVE GROUPS

Изобретение относится к области производства водорастворимых высокомолекулярных ионогенных веществ, в частности полимер-коллоидных флокулянтов, и может быть использовано в различных областях техники для ускорения процессов сгущения и фильтрации суспензий путем образования рыхлых хлопьевидных агрегатов (флокул) из мелких частиц дисперсной фазы.
Известен (SU, авторское свидетельство 395409, опубл. 01.01.1973) способ получения высокомолекулярного катионного флокулянта полимеризацией 1,2-диметил-5-винилпиридиний метил сульфата или его сополимеризацией с акриламидом в присутствии окислительно-восстановительного инициатора.
Известен также (RU, патент 2048479, опубл. 20.11.1995) способ получения высокомолекулярного катионного водорастворимого полимера полимеризацией 1,2-диметил-5-винилпиридиний-метилсульфата в водной среде в присутствии окислительно-восстановительного инициатора, причем в качестве инициатора используют β- оксипропилтретбутилпероксид.
Известен (RU, патент 2040528, опубл. 05.07.1995) способ получения водорастворимого катионного полимерного флокулянта полимеризацией катионного водорастворимого мономера с двойной связью или его сополимеризацией неионным мономером с двойной связью в присутствии разветвляющего соединения. Указанное разветвляющее соединение используют в количестве 4÷80 мол.ч. на миллион в пересчете на начальное содержание мономеров с двойной связью, а сополимеризацию проводят в присутствии переносчика кинетической цепи, взятого в количестве, обеспечивающем коэффициент растворимости полученного сополимера выше 30%. Предпочтительно в качестве неионного водорастворимого мономера с двойной связью используют соединение, выбранное из группы, содержащей акриламид, метакриламид, N-алкилакриламид, N,N-диалкилакриламид, N-винилметилацетамид, N-винилметилформамид, винилацетат, N-винилпирролидон, а в качестве катионного мономера с двойной связью используют соединение, выбранное из группы, содержащей N,N-диалкиламиноалкил(мет)акрилаты, их соли или четвертичные аммониевые соединения, N,N-диалкиламиноалкил(мет)акриламиды, их соли или четвертичные аммониевые соединения.
Известен (SU, авторское свидетельство 1564156, опубл. 15.05.1990) способ получения водорастворимого катионоактивного флокулянта. Согласно известному способу получение проводят путем использования в качестве исходного сырья полиэтиленполиаминов мол. м. 200-400, к водному 15-20%-ному раствору которых добавляют при перемешивании эпихлоргидрин в количестве 40-100% от массы полиэтиленполиаминов, нагревают полученную смесь до 75-95°С и перемешивают при этой температуре до достижения вязкости при 20°С 0,2-0,8 П, после чего добавляют дихлоргидрин или диэпоксид полиэтиленгликоля мол. м. 200-400 в количестве 1-15% от массы полиэтиленполиаминов и перемешивают при 74-95°С до достижения полученным раствором полимера вязкости при 20°С 2-8 П.
Известен (ЕР, патент 374458, опубл. 02.01.2004) способ получения водорастворимых разветвленных высокомолекулярных катионных флокулянтов. Согласно известному способу получение проводят из мономеров, полимеризованных в присутствии агентов переноса цепи, таких как изопропанол, и агентов разветвления, таких как метиленбисакриламид, в которых агент переноса цепи добавляют для предотвращения поперечного сшивания. Поперечное сшивание может привести к нерастворимости полимера в воде.
Недостатком всех вышеприведенных способов получения флокулянта следует признать невозможность получения точного количества активных ионных групп.
3+
Наиболее близким аналогом разработанного способа можно признать (RU, патент 2292309, опубл. 27.01.2007) способ получения водорастворимого реагента для очистки сточных вод и разделения фаз с использованием флокулянта на основе полиэтиленимина. В качестве флокулянта используют полимер-коллоидный комплекс - продукт взаимодействия, полученный путем смешения 1%-ного водного раствора полиэтиленимина и 6%-ного водного коллоидного раствора пентагидроксохлорида алюминия при мольном отношении Al: звено полиэтиленимина, равном (1,2-10):1.
Недостатком известного способа следует признать невозможность получения точного количества активных ионных групп.
Техническая задача, решаемая посредством разработанного способа, состоит в получении флокулянта с известным количеством ионогенных активных групп.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанного технического решения, состоит в получении эффективного флокулянта на основе полиакриламида (ПАА) с заданным количеством ионогенных активных групп.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ получения флокулянта в виде полимер-коллоидного комплекса с заданным количеством активных групп. Согласно разработанному способу проводят смешение полимерной основы и ионогенного соединения, причем в качестве полимерной основы используют 1% водный раствор полиакриламида, а в качестве ионогенного соединения используют коллоидный раствор катионного или анионного полиэлектролита, при этом в качестве катионного полиэлектролита используют полиэтиленимин или поли-4-винилпиридин, а в качестве анионного полиэлектролита - полиакрилат натрия или альгинат натрия.
Причиной образования полимер-коллоидного комплекса являются кооперативные взаимодействия макромолекул полиакрилакрилата с частицами коллоидного раствора ионогенного полиэлектролита, возникающие между атомами с частичным зарядом в составе акрилакрилатных групп макромолекул полимера и атомами с частичным зарядом ионогенного полиэлектролита. Поскольку изначально известно количество атомов с частичным зарядом из-за смещения электронных пар в макромолекуле полиакрилата, а также количество атомов с частичным зарядом из-за смещения электронных пар в полиэлектролите, легко рассчитать, какие количества полиакрилакрилата и полиэлектролита надо смешать для получения структуры, содержащей заданное количество ионогенных активных групп в образующемся полимер-коллоидном комплексе, представляющем собой флокулянт.
При получении катионного флокулянта используют катионный полиэлектролит, при получении анионного флокулянта используют анионный полиэлектролит.
Во всех вариантах реализации используют 1% раствор полиакриламида.
В дальнейшем сущность и преимущества разработанного способа будут показаны с использованием примеров реализации.
3
3
Пример 1. В колбу на 300 дм поместили 100 дм 1%-ного раствора полиакриламида (ПАА) (М=40000) и добавили 6%-ный раствор полиэтиленимина (ПЭИ) в количестве, соответствующем мольному отношению звено ПАА: звено ПЭИ, равному 4:1. Смесь перемешали и оставили в покое на 2 часа. Получили флокулянт - полимер-коллоидный комплекс с 66,7% свободных активных групп. Для оценки флокулирующей способности приготовили модельную 0,8%-ную каолиновую дисперсию на основе водопроводной воды с рН 7,8 и проводили ее флокуляцию полученным полимер-коллоидным комплексом. Для сравнения использовали раствор исходного ПАА. Для оценки эффективности флокулянтов использовали параметр - эффект осветления [Новаков И.А., Радченко С.С., Радченко Ф.С. Журнал прикладной химии. 2004. Т. 77. №10. С. 1699]. Эффективность полученного полимер-коллоидного комплекса относительно исходного ПАА по флокулирующей способности увеличилась примерно в 11 раз.
Пример 2. Проводили аналогично примеру 1, использовав в качестве катионного полиэлектролита поли-4-винилпиридин при мольном соотношении звено ПАА: звено поли-4-винилпиридина, равном 3:1. Получили флокулянт - полимер-коллоидный комплекс с 50% свободных активных групп. В результате получен катионный флокулянт - полимер-коллоидный комплекс, эффективность которого по флокулирующей способности превосходит исходный ПАА примерно в 9 раз.
Пример 3. Проводили аналогично примеру 1, использовав в качестве анионного полиэлектролита полиакрилат натрия при мольном соотношении звено ПАА: звено полиактилат натрия, равном 1:3. Получили флокулянт - полимер-коллоидный комплекс с 66,7% свободных активных групп. В результате получен анионный флокулянт - полимер-коллоидный комплекс, эффективность которого по флокулирующей способности превосходит исходный ПАА примерно в 10 раз.
Пример 4. Проводили аналогично примеру 1, использовав в качестве анионного полиэлектролита альгинат натрия, при мольном соотношении звено ПАА: звено альгинат натрия, равном 1:2. Получили флокулянт - полимер-коллоидный комплекс с 50% свободных активных групп. В результате получен анионный флокулянт - полимер-коллоидный комплекс, эффективность которого по флокулирующей способности превосходит исходный ПАА примерно в 8 раз.
При реализации разработанного способа получен эффективный флокулянт на основе полиакриламида (ПАА) с заданным количеством ионогенных активных групп.