Введение к работе
Актуальность темы; Характерной чертой современной полимерной химии является ее развитие в направлении композиционных материалов, к которым можно отнести и полимерные комплексы. Они являются продуктами взаимодействия между комплементарными макромолекулами, либо между макромолекулой и частицей, имеющей на своей поверхности реакционно-способные группы, и обладают свойствами, не характерными для индивидуальных компонентов. Интерес к исследованиям в этой области связан с уникальными свойствами материалов на основе полимерных комплексов, простотой их получения и важностью тех отраслей, в которых они находят или могут найти применение (биология, медицина, электронооптика, охрана окружающей среды и др.). В подавляющем большинстве случаев полимерные комплексы получали на основе органических макромолекул. В последние годы все больше появляется работ, связанных с синтезом и изучением свойств поликомплексов смешанной органо-минеральной природы. Исследования в этом направлении постоянно расширяются. Наряду с нанокомпозитными материалами и металлкатализаторами на макромолекулярных матрицах все большую практическую значимость приобретают водорастворимые металлсодержащие флокулянты и координационно сшитые гели для увеличения нефтеотдачи скважин. В последних случаях нередко в составах композиционных реагентов используют соли алюминия, из которых наиболее интересен пентагидроксохлорид алюминия. Характерной его особенностью является образование мицеллярных структур в водных растворах. Возникающие при этом аквагидроксокомплексы фактически представляют собой полимерные частицы неорганической природы. Можно предположить, что с водорастворимыми полимерами, из которых наиболее распространенным является по-лиакриламид, они могут образовывать соединения, подобные полимер-коллоидным комплексам (ПКК).
Цель работы: Изучение закономерностей и природы взаимодействия в водных растворах коллоидных частиц пентагидроксохлорида алюминия с макромолекулами водорастворимых полимеров, исследование свойств образующихся полимер-коллоидных комплексов и определение перспективных направлений их применения.
Научная новизна; Впервые получены водорастворимые полимер-коллоидные комплексы полиакриламида (ПАА) и пентагидроксохлорида алюминия (111 ХА), представляющие собой продукты кооперативных взаимодействий макромолекул полиакриламида и коллоидных частиц аквагид-роксокомплексов алюминия.
Автор выражает глубокую благодарность д.х.н., профессору И.М.Паписову за оказанную помощь при анализе и обсуждении полученных р»чулч»^
С. Петербург /> -. *
оэ яядшкМОА
Показано, что состав поликомплекса (ПК) меняется в широком интервале мольных отношений А13+ : звено ПАА от 0 до 4. Методами вискозиметрии, УФ-спектроскопии и рН-метрии установлено, что при мольном отношении равном 0,5 в растворе образуется ПК, в котором на одну макромолекулу ПАА приходится одна частица ПГХА. Такой состав ПК характеризуется максимальным количеством донорно-акцепторных связей между звеньями макромолекул ПАА и частицами ПГХА и наименьшим размером макромолеку-лярных клубков. Дальнейшее увеличение мольного отношения Al3+ : звено ПАА в ПК приводит к уменьшению количества связей и увеличению размера макромолекулярного клубка из-за электростатического отталкивания между частицами ПГХА.
Установлено, что при полимеризации акриламида в водных растворах ПГХА первоначально образуется ПК с максимальным содержанием А13+. Далее с течением времени состав ПК меняется вследствие того, что частицы ПГХА стремятся равномерно распределится по макромолекулам ПАА.
Выявлено, что полимер-коллоидные комплексы являются гибридными реагентами в процессах разделения дисперсных систем, сочетая в себе свойства катионоактивных флокулянтов для концентрированных дисперсий и минеральных коагулянтов для маломутных сред.
Практическая значимость: Получены поликомплексы органо-минеральной природы, расширяющие представления об интерполимерных реакциях. Выявлены закономерности их образования, что позволяет целенаправленно получать высокоэффективные катионоактивные реагенты. Такие реагенты могут эффективно использоваться как в процессах флокуляции концентрированных дисперсий и суспензий, так и для очистки низкоконцентрированных дисперсий типа природной воды. На примере сточных вод латексного производства и нефтесодержащих сточных вод ООО "Лукойл-ВНП" показана превосходящая эффективность ПК в сравнении с реагентами, применяемыми на данных производствах в настоящее время.
Работа выполнялась в соответствии с научно-технической программой ЕЗН (Мин вуз РФ), номер государственной регистрации 01990010981 "Исследование закономерностей синтеза и взаимодействие с полидисперсными системами полизарядных катионов полиэлектролитов", а также в рамках гранта Е02-12.7-304 "Физико-химические закономерности разделения дисперсных систем с применением полиэлектролитов и полимерных комплексов, интенсификация процессов очистки воды" (конкурс 2002 г. "Фундаментальные исследования в области естественных и точных наук", подраздел 12.7.С-П.ГУ).
Апробация работы: Материалы работы докладывались на: V Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград 2000 г.); V Традиционной конференции стран СНГ "Процессы и оборудование экологических производств" (Волгоград 2000 г.); Всероссийской научной конференции "Экология и рациональное природопользование" (Санкт-
Петербург 2001 г.); Всероссийской научной конференции "Экология и рациональное природопользование" (Санкт-Петербург 2002 г.); VIII Международной научно-технической конференции "Наукоемкие химические технологии" (Уфа 2002 г.); Всероссийской конференции "Современные проблемы химии высокомолекулярных соединений: высокоэффективные и экологически безопасные процессы синтеза природных и синтетических полимеров и материалов на их основе" (Улан-Удэ 2002 г.), а также на научно-технических конференциях ВолгГТУ (2000-2003 гг.).
Публикация результатов: Результаты проведенных исследований опубликованы в 6 научных статьях и 4 тезисах докладов на коференциях, получено 2 патента РФ.
Объем и структура работы: Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 189 наименований. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, включая 18 таблиц и 23 рисунка.
