Способ получения флокулянта в виде полимер-коллоидного комплекса с заданным количеством активных групп - RU2599763C1

Описание

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.

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 Al³⁺: 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.

Пример 1. В колбу на 300 дм³ поместили 100 дм³ 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.

Реферат

Изобретение может быть использовано для ускорения процессов сгущения и фильтрации суспензий путем образования рыхлых хлопьевидных агрегатов из мелких частиц дисперсной фазы. Способ получения флокулянта в виде полимер-коллоидного комплекса включает смешение полимерной основы и ионогенного соединения. В качестве полимерной основы используют 1% водный раствор полиакриламида. 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. Изобретение позволяет повысить эффективность флокулянтов на основе полиакриламида, получить флокулянт с заданным количеством ионогенных активных групп. 4 пр.

Формула