Қазақстан Республикасының білім жəне ғылым министрлігі
жүктеу/скачать 31,15 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Keywords
- Результаты и обсуждения
- ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
- Ключевые слова
- Монтмориллонит гидросуспензиясын суда еритін полимерлермен флокуляциялау
- Түйін сөздер
- Musabekov K.B.
- Key words
- Список литературы
Taubayeva R.S., 1 Musabekov K.B. 1 al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan 2
University Miskolc, Chemistry Institutes, Hungary 3 Taraz State Pedagogical Institute, Taraz, Kazakhstan The influence of ultrasound on electrolytic coagulation of montmorillonite particles in the water medium The effect of KCl, CaCl 2 , AlCl
3 on the stability of montmorillonite hydrosuspension has been studied. Coagulation of this suspension amplifies with growth of valency of a coagulating ion. Growth of KCl concentration leads to growth of the proportion of large units which collapse when processing by ultrasound.
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
256
Гидросуспензия монтмориллонита стабилизирована ионно-сольватным фактором устойчивости [1]. Ее стабильность может быть нарушена при введении флокулянта, электролита или их смесей [2]. Ранее было показано, что на стабильность флокул из частиц каолина существенное влияние оказывает механическое воздействие (режим перемешивания) [3]. В настоящей работе изучено влияние ультразвука на агрегацию частиц монтмориллонита в условиях их электролитной коагуляции.
В работе использована высокодисперсная фракция монтмориллонита Таганского месторождения (Восточно-Казахстанская область) со средним радиусом 1,4±0,2 μм, измеренным на приборе Zeta Sizer (Malvern-Nano ZS, Англия). Электролиты имели квалификацию «ХЧ». Распределение агрегатов по размерам определяли на приборе Laser Scattering particle size distribution analyzer LA-950V2 (PARTICA,Япония) при постоянном перемешивании гидросуспензии магнитной мешалкой со скоростью 90 об/мин. Ультразвуковую обработку гидросуспензии осуществляли с помощью ультразвуковой ванны Tesla (Tesla, Австрия). Устойчивость гидросуспензии определяли по изменению ее оптической плотности, измеренной на спектрофотометре PD-303S (Япония) при длине волны 540нм.
Установлено, что устойчивая гидросуспензия монтмориллонита при введении электролитов в небольших концентрациях (5*10 -2 ) теряет стабильность - в течение нескольких минут коагулирует (рисунок 1) . С ростом валентности коагулирующих ионов их коагулирующее действие усиливается.
Кинетика коагуляции 0,05% гидросуспензии монтмориллонита в присутствии KCl, СаCl 2 , AlCl 3
Показано, что наблюдаемый эффект объясняется снижением электрокинетического потенциала частиц монтмориллонита от -40мВ до -20 мВ (для KCl ), -18мВ (для СаCl 2 ), - 2мВ ( AlCl
3 ). Это, в соответствии с теорией ДЛФО, приводит к уменьшению электростатической составляющей расклинивающего давления[1]. Значительный интерес для практики представляет изучение влияния механического воздействия на устойчивость агрегатов частиц дисперсной фазы. Обнаружено, что ультразвуковая обработка монтмориллонита приводит к заметному разрушению агрегатов (рис.2). Результаты дисперсного анализа агрегатов частиц монтмориллонита представлены на рисунке 2.
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
257
1 а
1 б
2 а 2 б
3 а 3 б ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
258
4 а
4 б Рисунок 2 – Дифференциальные кривые распределения агрегатов частиц монтмориллонита в его гидросуспензии без обработки ультразвуком (а) и с обработкой ультразвуком (б) гидросуспензии при концентрации электролита KCl: 1- 9*10
-4 н; 2 - 2,3*10 -3 н; 3- 5*10 -3 н; 4- 7,5*10 -3 н
Кривые распределения агрегатов - бимодальные. С ростом концентрации коагулирующего электролита (KCl) доля сравнительно крупных агрегатов (в области 50нм-500нм) растет. Это отражается также на величинах среднего радиуса агрегатов (r ср .), которые растут от 4.16 нм в присутствии 9*10 -4 н KCl до 14.2 в присутствии 7.5*10 -3 н KCl
(таблица 1).
растворах KCl
Параметры гидросуспензии Без ультразвука С ультразвуком Концентрация KCl, н 9*10
-4 2,3*10
-3 5*10
-3 7,5*10
-3 9*10
-4 2,3*10
-3 5*10
-3 7,5*10
-3 Концентрация гидросуспензий ,
% 5*10
-2 3,8*10
-2 2,5*10
-2 1,25*10
-2
5*10 -2 3,8*10
-2 2,5*10
-2 1,25*10
-2
R ср , нм
4,16 5,46
6,9 14,2
4,07 4,39
4,8 5,7
При этом разрушаются, в основном, крупные агрегаты и растет доля мелких агрегатов (рис.2). Этот процесс сопровождается с уменьшением среднего радиуса агрегатов частиц (табл.1). Кривые распределения становятся мономодальными.
Изучено влияние природы и концентрации коагулирующего электролита на устойчивость гидросуспензии монтмориллонита. Установлено, что с ростом валентности коагулирующего иона (K + , Ca
+2 , Al
+3 ) ее коагулирующая способность, в соответствии с правилом Шульце-Гарди, растет. При этом средний радиус агрегатов также растет.
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
259
Обработка гидросуспензии монтмориллонита ультразвуком разрушает крупные агрегаты, особенно не затрагивая мелкие агрегаты.
Список литературы 1 Дерягин Б.В. Теория устойчивости коллоидов и тонких пленок, М:Наука, 1986. 2 Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия: М. «Высшая школа», 2007г.
3 Таубаева Р.С. Флокуляция гидросуспензии каолина водорастворимыми полифункциональными полимерами. Дис.на соиск.уч.степени доктора философии, Алматы, 2015 г.
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
260
1 Балыкбаева Г.Т., 1 Дармагамбетова К.Х., 1 Тулегенова Г.Т., 2 Лахбаева Ж.А.*, 2 Мусабеков К.Б. 1 Кызылординский государственный университет им. Коркыт ата, г. Кызылорда, Казахстан 2 Казахский национальный университет им. аль-Фараби, г. Алматы, Казахстан E-mail: zhansaya.lakhbayeva@gmail.com
Изучено флоккулирующее действие смеси катионного (Zetag 89) и анионного (Magnofloc 156) полиэлектролитов на гидросуспензию монтмориллонита. Показано, что смеси указанных полиэлектролитов эффективно флокулируют частиц монтмориллонита при введении сначала катионного, а затем анионного полиэлектролита. Это связано с частичной нейтрализацией заряда частиц монтмориллонита и образованием интерполимерного комплекса противоположно заряженных полиэлектролитов.
1 Қорқыт ата ат. Қызылорда мемлекеттік университеті, Алматы қ., Қазақстан 2 әл-Фараби ат. Қазақ ұлттық университеті, Қызылорда қ., Қазақстан
Монтмориллонит гидросуспензиясына катионды (Zetag 89) және анионды (Magnofloc 156) полиэлектролиттер қоспасының флокуляциялау әсері зерттелді. Зерттеу барысында гидросуспензияға алдымен катионды, кейін анионды полиэлектролитті қосқан кезде полиэлектролит қоспасы монтмориллонит бөлшектерін тиімді
флокуляциялайтындығы анықталды. Бұл керізарядталған полиэлектролиттердің интерполимерлі комплекстерінің түзілуімен және монтмориллонит бөлшектерінің бейтараптануымен түсіндіріледі.
Balykbayeva G.T., 1 Darmaganbetova K.Kh., 1 Tulegenova G.T., 2 Lakhbayeva Zh.A.*, 2 Musabekov K.B. 1 Korkyt Ata Kyzylorda State University, Alamty, Kazakhstan 2 al-Farabi Kazakh National University, Kyzylorda, Kazakhstan Flocculation of montmorillonite hydrosuspension with water-soluble polymers The effect of a mixtures of cationic (Zetag 89) and anionic (Magnofloc 156) polyelectrolytes on the stability of montmorillonite hydrosuspension has been studied. It was shown that the mixtures of these polyelectrolyte effectively flocculated particles of montmorillonite when added first cationic and then anionic polyelectrolyte. It’s connected with partial neutralization of the montmorillonite particle’s charge and the formation of an interpolymer complex of oppositely charged polyelectrolytes.
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
261
Для интенсификации процесса седиментации тонкодисперсных частиц в их гидросуспензиях обычно
используется флокулянты, представляющие собой
водорастворимые полимеры (ВРП), в частности различные производные полиакриламида (ПАА) [1-3]. В последнее время уделяется серьезное внимание изучению флоккулирующей способности смесей ВРП [4-9]. В частности, в работе [8] изучены закономерности флокуляции суспензии каолина бинарными смесями катионных полиэлектролитов. Установлен синергетический эффект ускорения осаждения частиц каолина, обусловленный уменьшением коэффициента набухания адсорбированных макромолекул, приводящим к образованию флокул с повышенной плотностью и прочностью. В работе [9] показано, что при введении в суспензию каолина смеси хитозана с додецилсульфатом натрия, благодаря образованию положительно заряженного полимер - коллоидного комплекса (ПКК), ускоряется седиментация агрегатов частиц каолина. В работе [6] установлена большая флокулирующая эффективность смесей катионного и анионного флокулянтов по отношению к гидросуспензии каолина по сравнению с отдельными компонентами. В настоящей работе изучено флоккулирующее действие на гидросуспензию монтмориллонита катионного, анионного производных ПАА, а также их бинарных смесей.
Экспериментальная часть В качестве водорастворимых полимеров использованы: катионный (Zetag 89) и анионный (Magnofloc 156) производные ПАА (табллица 1), производства фирмы “Allaid Colloids” (Англия).
№ Название Содержание заряженных функциональных групп
, дл/г
1 Magnаfloc 156 40% 13
2 Zetag –89 80% 12
В работе использована высокодисперсная фракция монтмориллонита Таганского месторождения (Восточно-Казахстанская обл.) со среднем гидродинамическим радиусом r ср = 4.02 10
-5 м. Кинетику флокуляции частиц монтмориллонита изучали по начальной скорости изменения оптической плотности его 0,5 % -ной суспензии. Оптическую плотность гидросуспензии определяли с помощью спектрофотометра PD-303 (Япония) при длине волны 540 нм.
Была оценена флоккулирующая способность ( ) изученных производных ПАА [6]
(1) где,
- начальные скорости седиментации частиц монтмориллонита в присутствии флокулянта и в его отсутствии, соответственно.
- времена оседания половины частиц монтмориллонита, в отсутствии флокулянта и в его присутствии, соответственно. ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
262
- оценены по начальным скоростям изменения оптической плотности гидросуспензии. Установлено, что флоккулирующая способность смеси катионного и анионного флокулянтов на гидросуспензию монтмориллонита зависит от способа внесения компоненов в гидросуспензию: наибольшая эффективность ( ) проявляется при введении сначала катионного, а затем анионного флокулянтов (рисунок 1).
1 – одновременный ввод катионного и анионного флокулянтов; 2 – сначала Magnofloc 156 затем, через 5 минут Zetag 89; 3 – сначала Zetag 89 затем, через 5 минут, Magnofloc 156. Концентрация Zetag 89 = 8 10 -6 %, Magnofloc 156 = 5 10 -6 %
Рисунок 1 – Зависимость суммарного флоккулирующего эффекта от массовой доли Magnofloc 156
в бинарной смеси флокулянтов при различных способах введения их
Наблюдаемый эффект может быть объяснен нейтрализацией отрицательного заряда частиц монтмориллонита при адсорбции катионного флокулянта (нейтрализационный механизм) и формированием полимерных «мостиков» между частицами в агрегате («мостничный механизм») [7]. Последующее введение анионного флокулянта, очевидно, в результате образования интерполимерного комплекса (ИПК) с свободными функциональными группами адсорбированных на частицах монтмориллонита макромолекул катионного флокулянта способствует компактизации флоккул. Вследствие этого флоккулы оседают быстрее. Взаимодействие между катионным и анионным флокулянтами оценивали по параметру у:
- приведенные вязкости растворов Zetag 89 и Magnofloc 156, соответственно.
- массовые доли катионного и анионного флокулянтов, соответственно. Установлено, что параметр у, имея значения существенно ниже 1, с ростом доли анионного флокулянта вначале уменьшается, а затем растет (рисунок 2).
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
263
5 10
-5 % (1); 1 10 -2
10 -1 % Рисунок 2 – Зависимость параметра у от состава бинарной смеси Zetag 89 и Magnofloc 156 при различных валовых концентрациях смеси флокулянтов
Наблюдаемые на рисунке 2 минимальные значения у могут быть связаны с «поджатием» ассоциатов противоположено заряженных флокулянтов в результате образования ИПК.
Изучено влияние смеси катионного (Zetag 89) и анионного (Magnofloc 156) флокулянтов на кнетику седиментации частиц монтмориллонита в его 0,5% гидросуспензии. Показано, что наибольшую флоккулирующую эффективность проявляет смеси указанных флокулянтов при введении в гидросуспензию сначала катионного, а затем анионного флокулянтов. Обнаруженное явление объяснено частичной нейтрализацией отрицательного заряда частиц монтмориллонита при адсорбции катионного флокулянта и формированием интерполимерного комплекса между катионным и анионным флокулянтами.
Список литературы 1
Куренков В.Ф. Полиакриламидные флокулянты // Соросовский образовательный журнал. – 1997. - №7. – С. 57-63. 2
образовательный журнал. – 1997. - №7. – С. 48-53. 3
Куренков В.Ф., Hartan Hans-Georg, Лобанов Ф.И. Применение полиакриамидных флокулянтов для водоочистки // Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. – 2002. - №11. – С. 31-40. 4
Зубрева Ю.С., Малышева Ж.Н., Навроцкий А.В. Многокомпонентные полимерные системы для регулирования устойчивости дисперсий // Современные наукоемкие технологии. – 2009. - №4. – С.74-76. 5
Taubaeva R., Meszaros R., Musabekov K., Barany S. Electrokinetic potential and flocculation of bentonite suspensions in solutions of surfactants, polyelectrolytes and their mixtures // Colloid Journal. – 2015. –№1 (77) - P.91-98.
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
264
6 Булидорова Г.В., Мягченко В.А. Кинетические особенности седиментации каолина в присутствии анионного и катионного полиакриламидных флокулянтов // Коллоидный журнал. – 1996. - №6 (57). – С. 778-782. 7
Думка, 1986. – 224 с. 8
Новаков И.А.,Дрябина С.С., Мальцева Ж.Ж., Навроцкий А.В., Кунцов А.В. Закономерности флокуляции водных каолиновых дисперсий бинарными композициями катионных полиэлектролитов // Коллоидный журнал. – 2009.-№1 (71). – С.99-100. 9
Шилова С.В., Десятникова О.А. Третьякова А.Я., Барабанов В.П. Влияние комплексов хитозан – додецилсульфат натрия на устойчивость суспензии каолина// Вестник Казанского технологического университета. – 2011. - №10. – С. 74-78.
|