0
1
2
3
4
5 24 32 40 48 56 64 72
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0
5
10
15
20
25
30
35
, саг
A, %
A*10
-7
, моль/г
2
3
5
6
1
4
[казк]=10
-3
М, t=25
0
С
1-3 – А%; 4-6 – А, моль/г
ПАА (1, 4); ПАА-БС=10:1(2, 5); 10:3 (3, 6)
2 cурет. Казкаинның ПАА-БС
композициялық гельдерінде сорбциялану
кинетикасы
4 суретте сорбция мөлшерінің температурадан тəуелділігі келтірілген.
Композициялық гельдер мен казкаиннің əрекеттесуіне температураның жоғарылауы
əртүрлі бағытта əсер етуі мүмкін. Біріншіден, температура өскенде гель мен казкаин
арсындағы гидрофобтық əрекеттесулер күшеюі тиіс. Екінші жағынан, температураның
жоғарылауы сутектік байланыстардың үзілуіне əкеледі, сонымен бірге бұл кезде
казкаин молекулаларының жылулық қозғалысы күшейіп, гель мен казкаин арасындағы
электростатикалық байланыстарды қиындатады. Мұның біріншісі, казкаин сорбциясын
арттырса, екіншісі, сорбцияның азаюына алып келеді. Біздің жағдайда температура 25-
60
0
C-ге жоғарылағанда сорбцияның көбеюі байқалады, бұл бірінші фактордың
басымдығын айғақтайды.
132
«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0
1
2
3
4
5
15
20
25
30
35
[БС], %
A, %
A*10
-7
, моль/г
2
3
5
6
1
4
1-3 – А, %; 4-6 - А, моль/г
[казк]= 10
-5
(1,4); 10
-4
(2,5); 10
-3
М (3,6)
T=25
0
С; 3 тəулік
3 cурет. Казкаинның ПАА-БС
композициялық гельдерінде
сорбциялануының БС мөлшеріне
тəуелділігі
20
25
30
35
40
45
50
55
60
5
10
15
20
25
A, %
t,
0
C
2
3
5
1
4
[казк]= 10
-5
М; τ=5 сағ.
ПАА (1); ПАА-БС = 10:0,5 (2); 10:1 (3);
10:2 (4); 10:3 (5)
4 сурет. Казкаинның ПАА-БС
композициялық гельдерінде
сорбциялануының температураға тəуелділігі
Дəрілік заттарды полимерлік материалдарға байланыстырудың ең негізгі мақсаты
– пролонгациялық əсерге қол жеткізу, яғни дəрінің əсер ету мерзімін ұзарту екені
жоғарыда айтылған болатын. Сондықтан, барлық зерттеу нəтижелері бойынша əртүрлі
қатынастағы БС бар үлгіні таза ПАА-пен салыстыра отырып пролангациялау қабілетін
бағалау мақсатымен сорбциялық əдісіпен енгізілген казкаиннің гельдерден суға жəне
физиологиялық ерітіндіге десорбциялану кинетикасы зерттелді (5,6 суреттер). Алынған
мəліметтер бойынша, əртүрлі сыртқы жəне ішкі факторларға байланысты казкаиннің
гельдерден бөлініп шығу тепе-теңдігі 3 тəулікте орнайды. Осы факторларды
қарастырайық. Байқалатын негізгі ортақ заңдылық – физиологиялық ерітіндіде сумен
салыстырғанда дəрілік заттың бөлінуі жылдамдайды. Бұл құбылысты күшті электролит
(NaCl) иондарының гельге казкаинмен бəсекелесе байланысып, ығыстырып
шығаруымен түсіндіруге болады. Композицияның болашақта қолданылатын ортасы
физиологиялық ерітінді болғандықтан, бұл құбылыстың маңызы зор.
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
w,%
1
2
[БС],%
1 - физиологиялық ерітіндіде; 2 - суда
5 сурет. ПАА-БС композициялық
гельдерінен казкаиннің десорбциясының
бентонит сазына тəуелділігі
20
25
30
35
40
45
50
55
60
16
17
18
19
20
21
22
23
w,%
1
2
T,
0
C
1 - физиологиялық ерітіндіде; 2- суда
6 сурет. ПАА-БСкомпозициялық
гельдерінен казкаиннің десорбциясының
температураға тіуелділігі
133
«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»
5 суреттен көрініп тұрғандай, композициялық гельдің құрамында БС-ның
мөлшері өскенде казкаин десорбциясы төмендейді, бұл өз кезегінде пролонгациялық
эффектінің өсуіне əкеледі. Бұл құбылысты минералды компоненттің табиғатының
ерекшелігімен түсіндіруге болады. Нақты айтқанда, бентонит сазы өте жақсы
сорбциялайтын материалдардың бірі екені бізге мəлім. Мысалы, дəрілік заттардың
бентонит сазынан шығарылуы 2-5 % екені бұрынғы жұмыстарда көрсетілген [6].
Температураның жоғарлауы казкаин шығымының аздап көбеюіне əкеледі (6
сурет). Бұл қыздырғанда үзілетін сутектік байланыстардың гель-казкаиннің комплексі
түзілуінде маңызды роль атқаратынын көрсетеді. Сондай-ақ, бұл құбылысты гель
фазасынан дəрілік заттың шығуының диффузиялық коэффициентінің жоғарылауымен
де түсіндіруге болады.
Сонымен, БС-ПАА композициялық гель тасымалдаушыларын алу жəне зерттеу
нəтижелері алынған композиттердің біртектілігі, үйлесімділігі жəне сорбциялық-
десорбциялық қасиеттері бойынша анестезиялық дəрілік затты бақылаулы бөліп
шығаратын пролонгациялық əсерлі тасымалдаушы ретінде қолдану мүмкіндігін
көрсетеді.
Əдебиеттер
1. Грибанов Н.А. Полимер-полимерные смеси ТПУ. // Пластические массы.-1995.-
№4.-С.8-10.
2. Самченко Ю.М., Ульберг З.Р. Специфические взаимодействия полиэлектролит-
ных гидрогелей с антиглаукомными лекарственными средствами // Коллоидный
журнал.-1996.. –Т.58. -№1. –С.240-243.
3. Бейсебеков М.Қ., Əбілов Ж.Ə. Дəрілік заттардың полимерлік туындылары // -
Алматы. -2004. –С.25.
4. Штильман М.И. Полимеры медико
биологического назначения М.: ИКЦ
«Академкнига»,
.С..
5. Салахаденова Г.Қ., Нақан Б., Аульбеков Р.Т. и др. Акриламд-сазды композициялық
полимерлік гидрогельдердің физика-химиялық қасиеттері // Вестник КазНУ. Серия
химическая. -2010. -№3 (59). - 260-262 б.
6. Жұмағалиова Ш.Н. Полимер-глинистые композиционные носители лекарственных
и биологически активных веществ // Автореферат дис... докт. хим. наук. Алматы, -
2010.
БЕНТОНИТ САЗЫ-ПОЛИАКРИЛ ҚЫШҚЫЛЫ НЕГІЗІНДЕГІ
КОМПОЗИЦИЯЛЫҚ ГЕЛЬДЕРДІҢ ЦЕТИЛПЕРИДИНИЙ БРОМИДІМЕН
ƏРЕКЕТТЕСУІНЕ СЫРТҚЫ ОРТАНЫҢ ƏСЕРІ
Ж.Т. Тауанов, М.М. Бейсебеков, Г.Ж. Қайралапова, Ш.Н. Жұмағалиева,
М.Қ. Бейсебеков, Ж.Ə. Əбілов
Əл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті
Беттік активті заттарға (БАЗ) тəн спецификалық қасиеттер ағын суларды
тазалауда, əсіресе биохимиялық жолмен тазалағанда, үлкен қиындықтар туғызады.
БАЗ-дар көптеген өндіріс орындары мен үй шаруашылығынан бөлінеді, атап айтқанда
жуғыш заттар, эмульгаторлар, бояғыш заттар, суспензиялар мен эмульсиялардың
тұрақтандырғыштары, т.б. [1]. Аталған өзекті мəселелерді шешу үшін ағын суларды
тазалаудың əр түрлі əдістері қолданылуда. Соның ішінде сорбциялық əдістердің алатын
134
«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»
орны ерекше. Бұл мақсатта органикалық жəне бейорганикалық полимерлерді үйлестіру
арқылы механикалық, физика-химиялық жəне сорбциялық қасиеттері анағұрлым
жақсарған композициялық материалдарды қолданудың маңызы зор. Бұл жұмыста ағын
суларда көп таралған катиондық БАЗ цетилпиридиний бромиді (ЦПБ) жəне бентонит
сазы (БС) мен полиакрил қышқылы (ПАҚ) негізіндегі композициялық гельдің əртүрлі
ортада əрекеттесу заңдылықтары зерттелді. Сорбент ретінде қолданылатын мұндай
полимерлік композициялық материалдар (ПКМ) бірқатар артықшылықтарға ие [2].
Оның себебі, біріншіден, құрамында ісінгіштік қасиеті жоғары полиакрил
қышқылының жəне өте жақсы сорбциялық қасиеті бар саздың болуы.
Тəжірибелік бөлім. Акрил қышқылы (АҚ) (H
2
C=CH-COOH) - сулы моншада вакуумда
қайта қуылды. Қайнау температурасы Т
қ
82-84
0
С, n
D
20
1,4210 фракциясы алынды
(Т
б
12,1
0
С, Т
қ
140,9
0
С, n
D
20
1,4224).
Динитрил азобис-изо май қышқылы (ДАҚ) ацетонда бірнеше қайтара қайта
кристалданып, бөлме температурасында вакуумда кептірілді. N,N`-метилен бис акрил
амид (С
7
Н
10
N
2
О
2
), маркасы «ч.д.а.», алдын ала тазалаусыз пайдаланылды.
Бентонит сазы Д. П. Сало əдісімен [3] дистилденген суда көп қайтара шаймалау
арқылы тазаланды. Тек үш дүркін шаймалаудан кейін ғана саз ірі бөлшектер мен құм
қоспасынан арылатыны анықталды, бұл қоспалардың мөлшері 48
- ға жетеді.
Полиакрил қышқылы (ПАҚ) гелі акрил қышқылын радикалдық сополимерлеу
арқылы, тігуші агент қатысында, 10
-дық сулы ерітіндіде, инициатор ретінде мономер
массасының 0,5
мөлшерін құрайтын ДАҚ қатысында алынды. Тігуші агент ретінде
метилен–бис–акрил–амид (МБАА) қолданылды.
Бентонит сазының суспензиясына акрил қышқылын қосып, инициатор ретінде мономер
массасының 0,5
мөлшерін құрайтын ДАҚ қатысында жəне t=70
0
С-де композициялық
гельдер алынды. Түзілген гель полимерленбеген мономерлерден дистилденген суда 2-3
апта бойы жуылды. Жуудың аяқталғанын бромды сумен сапалық реакция арқылы
бақыладық
. Алынған гельдердің құрамы элементтік анализ əдісімен жəне
потенциометрлік титрлеу арқылы расталды.
Потенциометрлік титрлеу шыны жəне хлоркүмісті электродты И-500 иономері
көмегімен термостатталған ыдыста
0,05 рН бірлігі дəлділікпен жүргізілді.
Зерттеу нəтижелері жəне оларды талқылау. Полиакрил қышқылы
полианиондарға жатады, яғни теріс зарядты. Ал бентонит сазы, əдеби мəліметтерге
жəне зерттеу нəтижелеріне жүгінетін болсақ [3], теріс зарядты бөлшектерден тұратыны
белгілі, яғни екі құрамдас та аттас зарядқа ие екенін көріп тұрмыз. Ал аттас зарядты
композиция компоненттері бір-бірімен сутектік байланыстар жəне гидрофобты
əрекеттесулер тəрізді бейкулондық күштер арқылы байланысатыны алдыңғы
жұмыстарда [4] көрсетілген. Композициялық гель мен ЦПБ-нің əрекеттесуі бірінші
кезекте электростатикалық байланыстар арқылы жүзеге асуы тиіс деп болжауға
болады.
БАЗ-дың полимерлік материалдармен əрекеттесуінде байланысудың сандық
көрсеткіштерін білудің маңызы үлкен. Осыған байланысты, бұл жұмыста УК–
спектрофотометрия əдісімен ЦПБ-нің композициялық гельдерде сорбциялану
кинетикасы зерттелді. Сорбциялану дəрежесі моль/г жəне пайызбен берілді.
Зерттеу нəтижелері бойынша, композициялық гельдердің шектік сорбция мөлшері
шамамен 2 тəулікте орнайтынын жəне 50 % -ға немесе 1.85 моль/г шамасында екенін
көруге болады (1 сурет). Салыстыру үшін ПАҚ гелінің ЦПБ-ны сорбциясы ~12 %, ал
бентонит сазыныкі ~75 % екенін ескерейік. Композициялық гель құрамындағы
бентонит сазының мөлшері артқан сайын сорбциялық қасиеттің арту заңдылығы айқын
байқалады. Мысалы, БС-ПАҚ Г (1:10 мас. %) гелі үшін ЦПБ сорбциясы 2 тəулікте
шамамен 52 % болса, БС-ПАҚ Г (5:10 мас. %) үшін 59 %-дан астам мəнді көрсетеді.
Бұл мəліметтерден композициялық гельдердің таза ПАҚ гельдерінің сорбциялық
қабілетімен
салыстырғанда
айтарлықтай
жоғары
екенін
көреміз,
яғни
135
«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»
композициялардың сорбциялау қабілеті бентонит сазы есебінен артып отыр деп
қорытынды жасауға болады.
0
1
2
3
4
5
6
24
48
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
A, %
сагат
A, *10
4
моль/г
1
2
3
4
5
6
7
8
t=25
0
C; ТА=0.5 моль, %; [ЦПБ]=1
.
10
-4
М; ПАҚ Г (1); БС-ПАҚ Г (1:10 мас. %) (2), (6);
БС-ПАҚ Г (2:10 мас. %) (3), (7); БС-ПАҚ Г (5:10 мас. %) (4), (8); БС (5);
1-5 – пайыз (%); 6-8 – моль/г
1 сурет. ЦПБ-нің композициялық гельдерде сорбциялану кинетикасы
Сорбциялық мəліметтер бойынша ЦПБ-ның композитте диффузиялану
коэффициенті мен таралу коэффициенті есептелді. Таралу коэффициенті сорбаттың
гель фазасы мен сыртқы орта арасындағы мөлшерлерінің қатынасы жəне сорбенттің
байланыстыру тиімділігін сипаттайды. 1 кестеде келтірілген мəліметтерден ерітінді
мен гель фазасы арасында ЦПБ молекулаларының таралу коэффициенті композит
құрамындағы БС-ның мөлшері көбейген сайын артатыны көрініп тұр. Ал, диффузия
коэффициенттері үшін байқалатын кері заңдылық байқалады, яғни БС-ның ісінгіштік
қасиетінің төмен болуы, сонымен бірге, тығыздығының да жоғары болуы ЦПБ
молекулаларына гель фазасының ішінде диффузиялануын тежейді. Бұл кестеден
температура жоғарылаған сайын таралу коэффициентінің артатынын да байқаймыз.
Оның себебін композиттердің температура жоғарылағанда артатын ісінгіштік
қасиетінен іздеу керек [4]. Ісіну қабілетінің артуы ЦПБ сорбциясын, ол өз кезегінде
таралу коэффициентін көбейтіп тұр деп пайымдауға болады.
1 кесте - Композитке ЦПБ-нің таралу (К
т
) жəне диффузия (D·10
8
м
2
/с)
коэффициенттері (τ=72 сағат; ТА=0.5 моль. % ; τ=6 сағат; [ЦПБ]=1
.
10
-4
М)
БС-ПАК Г 25
0
C 35
0
C 45
0
C 55
0
C 60
0
C
1:10
К
т
4064 5634 6420 8210 9950
D 0,238 -
-
-
-
2:10
К
т
4614 7700 9815 12585 16258
D 0,224 -
-
-
-
5:10
К
т
4876 11841 16105 21340 28462
D 0,180 -
-
-
-
Композициялық гельдердің сорбциялық қасиетіне температураның əсерін мына
мəліметтерден байқауға болады. 25
0
С-де композициялық гельдердің сорбциялау
шамасы БС-ПАҚ Г (5:10 мас. %) үшін 44,5 % болса, температураны 60
0
С-ге дейін
арттырғанда аталған композиттердің сорбциялық қасиеті шамамен 75 %-ға дейін
артты. Сонымен қатар, бұл жұмыста композициялық гельдердің сорбциялау қабілетіне
орта рН-ының əсері зерттелді (2 сурет). рН-тың əсерін екі тұрғыда қарастыру керек:
біріншісі – композиттің, ал екіншісі ЦПБ-нің қасиетіне байланысты. Бейтарап ортада
136
«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»
(рН=7) сорбциялық қасиеттің күрт төмендеуі байқалды. Олай болу себебі ЦПБ
гидролизі тепе-теңдігінің тура бағытқа ығысуы жəне аяғына дейін жүруі, сонымен
қатар [OH
-
]-тың концентрациясы артып, гидроксидтің диссоциациясын басып
тастауынан. Соның нəтижесінде ЦПБ бейтарап, зарядсыз күйге көшеді жəне оның
композитпенэлектростатиканың əрекеттесуі болмайды. Сілтілік ортада (рН=9-11)
композиттің сорбциялық қабілетінің артуы композициялық гель мен ЦПБ арасындағы
гидрофобтық байланыстар есебінен жүзеге асады. Бұл заңдылықты келесі мысалдар
дəлелдейді, БС-ПАҚ Г (1:10 мас. %) композитінің ЦПБ-ні сорбциялау дəрежесі рН=6
болғанда шамамен 43 %, ал рН=7 мəнінде сорбциялау дəрежесі шамамен 15 %-ға дейін
күрт төмендеп, эквиваленттік нүктеге жетеді жəне сілтілік ортада (рН=9) 19 %-ға
дейін артады.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
3
2
1
A, %
pH
t=25
°
C; ТА=0.5 моль, % ; τ=6 сағат; [ЦПБ]=1
.
10
-4
М; БС-ПАҚ Г (1:10 мас. %) (1); БС-
ПАҚ Г (2:10 мас. %) (2); БС-ПАҚ Г (5:10 мас. %)
(3).
2 сурет. Композициялық гельдерде ЦПБ сорбциясының рН-қа тəуелділігі
БС-ПАҚ негізіндегі композиттерді регенерациялық мүмкіндігін қарастыру
мақсатында композициялық гельдердің құрамына сорбциялық əдіспен енгізілген ЦПБ-
нің композиттік матрицадан бөлініп шығу заңдылықтары зерттелді.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
9,0
9,5
10,0
10,5
11,0
pH
W, %
3
2
1
t=25
0
C; ТА=0.5 моль. %; [ЦПБ]=1
.
10
-4
М;
n=0.243·10
-5
моль; БС-ПАҚ Г (5:10 масс. %) (1);
(2:10 масс. %) (2); (1:10 масс. %)
(3)
3 сурет. ЦПБ-нің композициялық
гельдерден десорбциялану кинетикасы
t=25
°
C; ТА=0.5 моль. % ; τ=6 сағат;
[ЦПБ]=1
.
10
-4
М; n=0.243·10
-5
;
БС-ПАҚ Г (1:10 мас. %) (3); (2:10 мас. %) (
(5:10 мас. %)
(1)
4 сурет. Композициялық гельдердерде Ц
сорбциясының рН-қа тəуелділігі
БС-ПАҚ композитінен ЦПБ-нің бөліну кинетикасы мəліметтері бойынша (3
сурет) десорбциясының 2 тəулікте тұрақтанатыны жəне 12 %-ға жететіні анықталды.
Сонымен қатар, композициялық гель құрамындағы бентонит сазы мөлшерінің ЦПБ-
137
«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»
нің десорбциялануына əсерін мына сандық мəндер бойынша айқын байқауға болады:
БС-ПАҚ Г (1:10 мас. %) гелі үшін ЦПБ десорбциясы 2 тəулікте шамамен 12 % болса,
БС-ПАҚ Г (5:10 мас. %) үшін 7 %-ға жуық мəнді көрсетеді. Мұндай өзгерістің болу
себебі, композиттің құрамдас бөлігі болып табылатын теріс зарядты бентонит сазының
сорбциялық қасиетінің басым болуы, соның салдарынан катиондық беттік активті
затпен күштірек байланысып, сорбцияланған ЦПБ-ні бөліп шығару қиындығы деп
айтуға болады. 4 суреттен көрініп тұрғандай қышқылдық орта аймағында (рН<5) рН-
тың жоғарылауы ЦПБ десорбциясының аздап төмендеуіне алып келеді. Оның себебі
мынадай болуы мүмкін: біріншіден, бұл облыста рН жоғарылауы полиқышқылдың
карбоксил топтарының иондануын, осыған байланысты ісінгіштіктің аздап көбеюін
туғызады. Екіншіден, карбоксил топтарының иондануы ЦПБ-нің электростатикалық
байланысуын күшейтуі мүмкін. рН=5-7 аралығында тепе-теңдік ісіну нəтижелері
бойынша композициялық гельдердің ісінуі күрт артады, десорбциялық суреттен
байқалып тұрған ЦПБ десорбциясының күрт артуын осыған байланысты деп
түсіндіруге болады. Ал сілтілік ортада (рН>7) десорцияның аздап төмендеуі
байқалады. Бұл күшті сілті композит-ЦПБ комплексінің гидролизіне иондық күш
ретінде əлсірете əсер етуінен болуы мүмкін.
2 кестеде келтірілген əртүрлі температурадағы десорбциялану қабілеттілігінің
нəтижелерін салыстырмалы талдаудан температура жоғарылаған сайын десорбцияның
пайыздық мөлшерінің жоғарылауы байқалады. Бұл композит пен ЦПБ арасындағы
байланыстардың əлсіреуімен байланысты болуы мүмкін. Ал, композит құрамындағы
бентонит сазының мөлшері көбейген сайын десорбциялық қабілетінің төмендеуін
ЦПБ-ны күшті байланыстыратын саздың əсерінен деп ойлаймыз.
2 кесте - Композициялық гельдерден ЦПБ десорбциясының (%) температураға
тəуелділігі
БС-ПАҚ Г 25
ºС 35
ºС 45
ºС 55
ºС 60
ºС
1:10 10,5
11,7
13
14,6
15
2:10 9,1
10,1
11,2
12,7
13,2
5:10
6,4 6,9 7,6 9,0 9,4
τ=6 сағат; ТА=0.5 моль. % ; n=0.243·10
-5
моль/г
;
Сонымен, ЦПБ-нің БС-ПАҚ гельдерімен электростатикалық байланыстар
арқылы полиэлектролиттік комплекс түзе сорбцияланатыны, комплекстің сутектік
байланыстар жəне гидрофобты əрекеттесулермен тұрақтанатыны көрсетілді. ЦПБ-нің
гельдерге сорбциялану жəне десорбциялануы сандық жағынан сипатталып, сыртқы
факторлардың əсері анықталды. Зерттеу нəтижелері алынған гельдердің ағынды
суларды катиондық беттік активті зат – цетилпиридиний бромидінен тасымалдаушы
ретінде қолдану мүмкіндігі көрсетеді.
Достарыңызбен бөлісу: |