Композиция флокулянта на основе полиакриламида
Владельцы патента RU 2358995:
Институт угля и углехимии Сибирского отделения Российской Академии Наук (ИУУ СО РАН) (RU)
Описана композиция флокулянта на основе полиакриламида, включающая воду, частично гидролизованный полиакриламид (ПАА) и гидрофобно-гидрофильный хлопьевидный амидо-имидный полимер (АИП) при следующем соотношении компонентов: ПАА - 2 г, АИП - 3 г, вода - 100 см3. Использование описанного флокулянта позволяет повысить эффективность извлечения взвешенных веществ из оборотных вод промышленных предприятий, в частности углеобогатительных фабрик. 1 табл., 2 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области очистки оборотных вод промышленных предприятий, в частности, для очистки оборотных вод углеобогатительных фабрик при обогащении угольной мелочи с помощью гидросайзера, когда в процессе получения угольного концентрата требуется очищать оборотную воду от взвешенных веществ.
Среди известных способов, предлагаемых для очистки техногенных вод, существует огромное количество различных флокулянтов. Среди них наибольшее распространение получили синтетические флокулянты на основе полиакриламида [1].
В последние годы широко исследуются гидрофобно модифицированные полиакриламиды - это такие высокомолекулярные соединения, основные цепи которых растворимы в воде, но содержат небольшое количество боковых или концевых неполярных групп, нерастворимых в воде. Между этими группами в воде возникают гидрофобные взаимодействия кооперативного характера, в результате которых образуются гидрофобные агрегаты неполярных участков макромолекул, для которых вода служит селективным нерастворителем, стремящимся вытолкнуть гидрофобные агрегаты из своего объема [2].
Для флокуляции особенно перспективными представляются блок-сополимеры, в которых один из блоков растворяется в воде, а другой не растворяется. Нерастворяющиеся блоки объединяются в мицеллы, служащие узлами физической сетки между макромолекулами, отдельные группы которых способны к сильным специфическим взаимодействиям [2].
В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбрана «Композиция на основе полиакриламида» [3].
Недостатки прототипа
В прототипе механизм взаимодействия двух молекул полиакриламида с одной молекулой дихлорида предусматривает синтез новой структурированной молекулы за счет образования ковалентных связей между атомами азота аминогруппы полиакриламида и атомами хлора молекул алифатических дихлоридов [3, 4]. При таком прочном соединении макромолекул полиакриламида с молекулами дихлоридов за счет ковалентных связей, как правило, образуются малорастворимые в воде соединения, что отрицательно влияет на флокулирующую активность модифицированного флокулянта. В прототипе, к сожалению, о флокулирующей активности ничего не сказано.
Целью изобретения является повышение эффективности извлечения взвешенных веществ из оборотной воды в процессе обогащения углей с помощью бинарного полимерного флокулянта на основе частично гидролизованного полиакриламида и гидрофобно-гидрофильного хлопьевидного амидо-имидного полимера.
Поставленная цель достигается тем, что частично гидролизованный полиакриламид:
модифицируется хлопьевидным амидо-имидным полимером:
Предлагаемый способ поясняется структурной моделью бинарной композиции, образующейся посредством образования водородных связей между амидо-имидным полимером и частично гидролизованным гюлиакриламидом по схеме:
Амидо-имидный полимер представляет собой хлопьевидный продукт белого цвета с узорчатой гидрофобно-гидрофильной структурой, содержащий амидные и имидные звенья, обладающий высокой седиментационной активностью, способный благодаря наличию в молекуле электроотрицательных атомов кислорода к образованию достаточно прочных водородных связей с гидроксильными группами частично гидролизованного полиакриламида.
В результате образования водородных связей между частично гидролизованным полиакриламидом и амидо-имидным полимером образуется бинарный флокулянт с разветвленной хлопьевидной структурой, эффективно осаждающий взвешенные вещества. При высушивании бинарного флокулянта узоры на пластинках сохраняются. Электронная микрофотография узорчатой поверхности бинарного флокулянта представлена на фиг.1.
Об образовании водородных связей между двумя полимерами можно судить по приращению полос поглощения в ИК-спектрах бинарного флокулянта (фиг.2). В бинарном флокулянте в области 800 - 1300 см-1 появился новый «частокол» полос поглощения, свидетельствующий о межмолекулярных взаимодействиях в структурированной системе.
Отличительным свойством предлагаемой бинарной хлопьевидной композиции является то, что она обладает тиксотропными свойствами, а именно, подвергнутая разрушению при напряжениях сдвига выше предела текучести, она через короткое время после снятия напряжения полностью восстанавливает свою первоначальную хлопьевидную форму. Это выгодно отличает предлагаемый бинарный флокулянт от многих других полимерных гидрогелей, не обладающих тиксотропными свойствами.
Другим достоинством предлагаемой бинарной хлопьевидной композиции является то, что она стабильна во времени. Осевшие на дно раствора хлопья бинарной композиции после трех месяцев пребывания в состоянии покоя были подвергнуты перемешиванию и не потеряли своей седиментационной активности при осаждении глинистых взвесей.
Пример приготовления композиции бинарного флокулянта
К 50 см3 водного раствора, содержащего 2 г частично гидролизованного полиакриламида (ПАА), прибавляют 50 см3 водного раствора, содержащего 3 г амидо-имидного полимера (АИП). Смесь, содержащую 2 г ПАА, 3 г АИП и 100 см3 воды, периодически перемешивают в течение часа на свету, после чего оставляют на хранение в темном месте для дальнейшего использования.
Сравнительные результаты испытаний флокулянтов
Все эксперименты проводили по следующей методике. Мерный цилиндр с притертой пробкой, внутренним диаметром 38 мм, с общей вместимостью 0,300 дм3 наполняют исследуемой суспензией в количестве 0,250 дм3, с концентрацией твердого 12 г/дм3 при рН 6,5, добавляют определенное количество флокулянта и перемешивают путем пятикратного переворачивания цилиндра, а затем оставляют отстаиваться на сутки. Через сутки в сливе определяют концентрацию твердой фазы, отбирая в стеклянный бюкс 20 см3 осветленной суспензии, которую затем ставят в сушильный шкаф. После полного испарения воды вынимают бюкс, охлаждают его в эксикаторе и взвешивают. Далее рассчитывают массу сухих остатков, по которым определяют эффективность процесса флокуляции. В качестве испытуемой суспензии используют водно-глинистую суспензию, образующуюся при обогащении барзасского сапромиксита в гидросайзере. Крупность зерна глинистой твердой фазы составляла 0-20 мкм. Такие суспензии характеризуются устойчивой мутностью, очень медленно отстаиваются, что затрудняет их использование в оборотных циклах без предварительного осаждения флокулянтами.
Для сравнения флокулирующей активности бинарного композиционного полимера в качестве эталона сравнения использовали отечественный частично гидролизованный полиакриламид с молекулярной массой в пределах 800000 а.е.м. и «Магнафлок-1597» английской фирмы «Сиба», представляющий собой полиамин с молекулярной массой в пределах 1000000 а.е.м. [5].
В таблице приведены сравнительные результаты испытаний флокулянтов.
| Флокулянт | Концентрация флокулянта (г/дм3) | Расход (г/дм3) флокулянта на объем суспензии | Остаточное (г/дм3) содержание твердого в суспензии |
| Частично гидролизованный полиакриламид, Россия | 5,0 | 0,1 | 2,30 |
| Магнофлок - 1597 (Сиба), Англия | 5,0 | 0,1 | 1,10 |
| Предлагаемая композиция бинарного флокулянта | 5,0 | 0,1 | 0,03 |
Источники информации
1. Гандурина Л.В., Буцева Л.Н., Штондина B.C. Органические коагулянты и флокулянты для очистки воды и обработки осадка // Обезвоживание. Реагенты. Техника. Информационный бюллетень. 2004. - №11-12. - С.20-29.
2. Роговина Л.З., Васильев В.Г., Чурочкина Н.А. и др. Влияние условии синтеза на строение гидрофобно-модифицированных полиакриламидов и реологию их растворов и гелей. // Высокомолекулярные соединения. - Серия А. - 2004. - т.46. - №4. - С.644-655.
3. Патент RU 2252233 C1, C08L 33/26. Опубл. 20.05.2005.
4. Шевченко Т.В., Яковченко М.А., Ульрих Е.В. Изучение физико-химических свойств модифицированных полиэлектролитов на основе полиакриламида. // Химическая промышленность сегодня. 2004. - №10. - С.27-31.
5. Техническая информация TPD 2000 на полиэлектролиты Зетаг и Магнафлок. // Фирма Аллайд Коллоиде Лтд. (Представительство в Москве, Чистопрудный бульвар, 12а).
Композиция флокулянта на основе полиакриламида, включающая воду, частично гидролизованный полиакриламид (ПАА) и гидрофобно-гидрофильный хлопьевидный амидо-имидный полимер (АИП) при следующем соотношении компонентов:
| ПАА | 2 г |
| АИП | 3 г |
| Вода | 100 см3 |
