Введение к работе
Актуальность темы: В настоящее время для очистки сточных вод от нефтепродуктов, ПАВ, масло- и жиропродуктов используют реагентные методы. Чаще всего реагентами очистки выступают соли алюминия (сульфат алюминия, оксихлориды алюминия, полигидроксохлорид алюминия (ПГХА)), сверхвысокомолекулярные флокулянты на основе полиакриламида, а также композиционные материалы на основе водорастворимых полимеров. Последние являются полимерными комплексами и представляют собой продукты взаимодействия между комплементарными макромолекулами, либо между макромолекулой и коллоидной частицей, имеющей на своей поверхности реакционноспособные группы. Применение данных соединений позволяет повысить эффективность очистки и уменьшить дозу реагентов, что особенно важно с позиции снижения остаточных количеств реагентов в очищенной воде. В последние годы все больше появляется работ, связанных с синтезом и изучением свойств поликомплексов смешанной органо-минеральной природы - полимер-коллоидных комплексов (ПКК). Это, прежде всего, относится к ПКК на основе ПГХА, водные растворы которого представляют собой коллоидные системы, содержащие полимерные аквагидроксокомплексы алюминия. Природа таких ПКК и их свойства определяются не только коллоидными частицами ПГХА, но и природой водорастворимых полимеров. В свою очередь, сами сточные воды характеризуются большим разнообразием и требуют при очистки определенного выбора реагентов. Этим можно объяснить широкий набор предлагаемых для целей водоочистки реагентов и продолжающийся поиск новых высокоэффективных композиций. Следует отметить, что исследование в области разработки полимер-коллоидных комплексов, находятся на начальной стадии, поэтому установление общих закономерностей их образования и расширение ассортимента этого перспективного класса соединений является актуальной проблемой.
Цель работы: Исследование закономерностей образования и структуры полимер-коллоидных комплексов на основе полигидроксохлорида алюминия и катионоактивного водорастворимого полимера - полиэтиленимина, а также изучение их физико-химических свойств и флокулирующей активности при очистке сточных вод.
Научная новизна: Впервые получены водорастворимые полимер-коллоидные комплексы полиэтиленимина (ПЭИ) и ПГХА, представляющие собой продукты кооперативных взаимодействий макромолекул полиэтиленимина и коллоидных частиц аквагидроксокомплексов алюминия.
Показано, что состав поликомплекса меняется в широком интервале
мольных соотношений А1 : звено ПЭИ от 0 до 4. Методом вискозиметрии,
гель-проникающей хроматографии и фотонно-корреляционной
спектроскопии установлено, что при мольном соотношении реагентов
равном 1,25 образуется поликомплекс, в котором на одну макромолекулу полиэтиленимина
приходится одна частица полигидроксохлорида алюминия. Увеличение данного отношения вплоть до 4 приводит к росту числа частиц полигидроксохлорида алюминия, связанных с одной макромолекулой полимера. Данный процесс сопровождается увеличением размеров макромолекулярных клубков, что обусловлено силами кулоновского отталкивания между частицами полигидроксохлорида алюминия, связанными в комплекс с макромолекулой полиэтиленимина.
Установлено, что поликомплексы являются высокоэффективными реагентами при разделении дисперсных систем, сочетая в себе свойства высокомолекулярных катионоактивных флокулянтов и неорганических коагулянтов.
Практическая значимость: Полученные поликомплексы органо-минеральной природы, расширяют 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 нефте- и жиросодержащих сточных вод, с пониженным значением рН.
Работа выполнялась в соответствии с научно-технической программой ЕЗН (Мин вуз РФ) № 17-53/667-05 "Разработка технологии получения полимер-коллоидных комплексов органической и органо-минеральной природы, используемых в процессах водоочистки и в гелеобразующих технологиях", а также в рамках грантов Т02-09.2.-3731, № государственной регистрации 01200310966 "Исследование закономерностей образования поликомплексов полигидроксохлорида алюминия с водорастворимыми полимерами. Изучение реологических характеристик", Е02-12.7-304 № государственной регистрации 01200308310 "Физико-химические закономерности разделения дисперсий с применением полиэлектролитов и полимерных комплексов, и интенсификация процессов очистки воды"
Апробация работы: Результаты работы докладывались на: 2-ой Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Экология и научно-технический прогресс» (Пермь, 2003 г); 10-ой Международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии - 2004» (Волгоград, 2004 г); 11-ой Международной конференции студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений» (Казань, 2005 г); 11-ой Международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии - 2006» (Самара, 2006 г); 3-ей Санкт-Петербургской конференции молодых ученых «Современные проблемы
науки о полимерах» (Санкт-Петербург, 2007), а также на научно-технических конференциях ВолгГТУ (2004-2007 гг.).
Публикация результатов: Результаты проведенных исследований опубликованы в 6 научных статьях, в том числе, в 5 статьях журналов по списку ВАК, и 4 тезисах докладов на конференциях, получены 3 патента РФ.
Объем и структура работы: Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы из 176 наименований. Работа изложена на 124 страницах машинописного текста, включая 14 таблиц и 27 рисунков.
Первая глава посвящена обзору литературы по закономерностям образования полимерных комплексов, рассмотрены их виды, применение, методы получения и изучения свойств. Также рассмотрено состояние А1 в водных растворах, структурные особенности высокоосновного полигидроксохлорида алюминия и области его применения.
Во второй главе изучено поведение водных растворов ПГХА и ПЭИ в зависимости от различных факторов: рН среды, температуры, концентрации и ионной силы раствора. Представлены материалы по изучению состава, строения и свойств ПКК макромолекул ПЭИ и частиц ПГХА, исследованы флокулирующие свойства комплексов на модельных и реальных дисперсных системах.
В третьей главе изложены методики проведения экспериментов.
