Введение к работе
Актуальность темы: одной из основных проблем синтеза катионных полиэлектролитов, нашедших применение в качестве флокулянтов, является выбор химической природы реагентов. В настоящее время существует два основных направления синтеза катионных флокулянтов. В первом случае чаще всего введение катионных центров в макромолекулы полиэлектролитов достигается использованием в качестве исходных мономеров аминоалкилак-рилатов и их солей, а также (2-акриламидопропил)три-метиламмоний хлорида и диалкилдиаллиламмонігіігалогенидов. На основе этих мономеров производится большая часть катионных полиэлектролитов.
Другое направление заключается в синтезе катионных полиэлектролитов на основе виншширидина^ Одним из наиболее активных среди них является поли-1,2-диметил-5-винилпіфидинийметилсульфат (поли-1,2- ДМ-5-ВПМС), основными достоинствами которого является его экологичность и высокая эффективность в процессах разделения отрицательно заряженных дисперсий.
Наиболее широко применяемыми катионными флокулянтами являются сополимеры акриламида, в которых наряду с катионными группами присутствуют неионогешше звенья. Введение таких звеньев в состав полиэлектролита на основе вшпшпиридина, по нашему мнению, позволит регулировать величину суммарного положительного заряда полимерной цепи и предотвратить перезарядку поверхности частиц полиэлектролитами, а также создаст возможность дополнительных неэлектростатических взаимодействий полимер-поверхность. Это, вероятно, будет способствовать вовлечению в процесс флокуляции большего количества частиц, повышая степень очистки воды. В связи с этим синтез новых сополимеров 1,2-ДМ-5-ВПМС с гидрофильными неионогенными мономерами, исследование их физико-химических свойств и флокулирующей активности является актуальной задачей.
Цель работы заключается в исследовании закономерностей синтеза и особенностей физико-химических свойств сополимеров 1,2-ДМ-5-ВПМС с неионогенными мономерами для получения полиэлектролитов с повышенной флокулирующей активностью.
Поставленная цель достигалась путем решения следующих задач: а синтез сополимеров 1,2-ДМ-5-ВПМС с неионными гидрофильными мономерами; о исследование реакционной способности сомономеров и изучение кинетических закономерностей протекания реакций сополимеризации; а изучение влияния звеньев сомономера, введенных в структуру полиэлектролита, на его физико-химические свойства и флокулирующую способность.
Научная новизна: заключается в выявлении закономерностей синтеза сополимеров 1,2-ДМ-5-ВПМС с неионогенными мономерами, а также влияния природы неионогенных звеньев на физико-химические свойства и фло-кулирующую способность полиэлектролитов с различной плотностью заряда.
Найдены условия синтеза высокомолекулярных сополимеров 1,2-ДМ-5-ВПМС с акриламидом (АА), винилпирролидоном (ВП) и терполимеров поли-1,2-ДМ-5-ВПМС-ВП-(АА), поли-1,2-ДМ-5-В1МС-ВП-винилацетат(ВА) с высоким выходом, позволяющие регулировать величину заряда макромоле-кулярной цепи.
Изучены кинетические закономерности сополимеризацни 1,2-ДМ-5-ВПМС с неионогенными мономерами в водном растворе и найдены величины относительных активностей сомономеров. Показано, что применение АА и ВП в качестве сомономеров позволяет в широких пределах регулировать состав сополимера, а следовательно плотность заряда получаемых полиэлектролитов. Исходя из кинетических данных для получения с высоким выходом высокомолекулярных сополимеров необходимо ограничивать долю не-ионногенных сомономеров в реакционной массе в пределах 10-15 % вследст-вии значительного снижения скорости сополимеризацин.
Показано, что флокулирующая активность увеличивется при введении в состав полиэлектролитов неионогенных звеньев до 10 % мол., а также в ряду сополи-ІД-ДМ-5-ВПМС-АА < сополи-1Д-ДМ-5-ВПМС-ВП < терполи-1,2-ДМ-5-ВПМС-ВП-ВА < терполи-1,2-ДМ-5-ВПМС-ВП-АА.
Практическая ценность: Получены новые полизлектролиты, макромолекулы которых содержат в своем составе, наряду с пиридиниевыми катионами, неионные гидрофильные группы. Лабораторные исследования свойств и флокулирующей способности синтезированных полиэлектролитов показали, что со- и терполимеры, содержащие около 10 % мол. звеньев ВП проявляют более высокую флокулирующую активность, чем поли-1,2-ДМ-5-ВПМС. В соответствии с результатами исследования наработана опытная партия сополимера 1,2-ДМ-5-ВПМС с винилпирролидоном и акриламидом и проведены испытания флокулянта при обезвоживании избыточного активного ила на очистных сооружениях МУЛЛ «Волгоградводоханал» (г Волгоград). Результаты испытаний позволяют рекомендовать указанный сополимер к промышленному производству и использованию в качестве реагента для очистки хозбытовых сточных вод.
Апробация работы: материалы работы докладывались на девятой международной конференции молодых ученых "Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений" (Казань, 1998 г.); на международной конференции "Наукоемкие химические технологии" (Москва 1999 г.); на межвузовских конференциях студентов и молодых ученых Волгоградской области "Новые промышленные техника и технологии"
5 (Волгоград, 1999-2000 г.г.); на научно-технических конференциях ВолгГТУ (1995-1999 гг.).
Публикация результатов: результаты проведенных исследований опубликованы в 1 статье и 3 тезисах докладов конференций. Получено 3 патента Российской Федерации.
Объем и структура работы: Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы из 105 наименований. Работа изложена на 118 страницах машинописного текста, включая 24 таблицы и 28 рисунков.
