Полиакриламидные флокулянты

Концентрация твердой фазы (Сд) в промышленных дисперсиях может изменяться в широких пределах - от 0,002 до 50 %. На суспензиях охры и каолина показано, что с увеличением Сд в присутствии ГПАА с различной степенью гидролиза наблюдалось снижение скорости седиментации частиц. Ослабление флокулирующей способности ГПАА с ростом Сд вызвано уменьшением размеров и числа агрегатов из макромолекул и связ

анных ими частиц дисперсной фазы вследствие уменьшения отношения Сп / Сд (при фиксированной концентрации полимера Сп).

Большинство дисперсий являются многокомпонентными системами, которые содержат различные включения, в том числе низкомолекулярные электролиты и поверхностно-активные вещества (ПАВ). Эти включения способны влиять на устойчивость дисперсий, а также на конформационные и адсорбционные свойства макромолекул флокулянтов, что в совокупности отражается на флокулирующей активности ПФ. Проиллюстрируем влияние солевых добавок и ПАВ на флокулирующее действие ПФ.

На суспензиях охры и каолина установлено снижение скорости седиментации частиц в присутствии ГПАА с увеличением концентрации NaCl по причине уменьшения гидродинамических размеров макромолекул ГПАА в результате увеличения степени экранирования карбоксилат-анионов противоионами Na+. Однако обнаруженный эффект отрицательного влияния низкомолекулярных электролитов на флокуляцию под действием ГПАА не является общим правилом для всех полимерсодержащих дисперсных систем. Так, флокулирующая активность ГПАА при концентрировании дрожжей Candida scotti и клеток E. coli увеличивается при добавлении ионов Al3+. Это следствие уменьшения агрегативной устойчивости дисперсии в результате нейтрализации заряда поверхности клеток. Другим примером является введение низкомолекулярных неорганических солей в дисперсию до ПФ при очистке природных и сточных вод с целью снижения устойчивости дисперсий, улучшения адсорбции флокулянта и экономии реагентов.

Для выяснения технологических свойств барзасских сапромикситов следует установить возможную степень их обогащения мокрым способом. Они характеризуются высокой зольностью (до 45 %) и содержат значительное количество гуминовых соединений (до 35 %), водорастворимая часть которых при мокром обогащении переходит в сточные воды, окрашивая их. Такие водно-глинистые суспензии плохо отстаиваются и ухудшают экологическую обстановку при сбросе в гидроотвалы.

Для проведения лабораторных испытаний были выбраны образцы выветрелых сапромикситов (плитчатый уголь "рогожка"), со следующими показателями:

Влажность, % по массе 8,0

Зольность, % по массе .23,5

Высшая теплота

сгорания, ккал/кг 4200

Выход летучих веществ,

% по массе 31,2

Содержание элемента,

% по массе:

углерода .82,0

водорода .8,3

кислорода 5,6

По внешнему виду сапромикситовый уголь "рогожка" обычно представляет собой тонкие плитки, легко расслаивающиеся на отдельные листовые слои. Каждый слой состоит из тесно прилегающих друг к другу лентовидных тел, имеющих различную ширину в разных образцах угля. В пределах одного куска эти лен-ты имеют примерно одинаковую ширину. При выветривании лентовидные тела обосабливаются значительно резче и могут механически откалываться. В связи с этим определенный интерес представляло исследование возможности мокрого обогащения барзасского сапромиксита в гидросайзере.

Схема лабораторной установки с гидросайзером приведена на рис. 1.

Было установлено, что при загрузке в гидросайзер барзасского сапромиксита "рогожка" крупностью I - 2 мм с зольностью 23,5 % по массе выход концентрата в гидросайзере составлял 78 % с зольностью 9,4 % по массе. Образовавшиеся водно-глинистые суспензии имели крупность до 20 мкм, характеризовались высокой мутностью, очень медленно отстаивались, что затрудняло их использование в оборотных циклах технологических процессов без предварительной обработки флокулянтами.

Известно, что при осаждении тонкодисперсных глинистых частиц главной проблемой является низкая скорость седиментации, обусловленная малым размером частиц глины.

В работе [1] показано, что в случае присутствия в глинистых суспензиях окрашенных водорастворимых солей гуминовых кислот катионный флокулянт взаимодействует не только с глинистой частицей, но и со слабым полианионом водорастворимых солей гуминовых кислот. При использовании высокомолекулярных модифицированных катионных полиакриламидов

(ПАА) с низким зарядом это взаимодействие не играет существенной роли, оптимальная флокуляционная концентрация относительно высокая, флокулы большие и скорость седиментации выше, чем для короткоцепочечного, но высокозаряженного полидиаллилдиметиламмонийх-лорида, который был более эффективен в удалении водорастворимых солей гуминовых кислот в точке оптимальной флокуляции.

Следует отметить, что модифицирование ПАА органическими веществами широко используется при флокуляции различных суспензий, поскольку позволяет получать флокулянты с увеличенными средневязкостными молекулярными массами, как правило, с измененными физико-химическими характеристиками и строением молекул. Такие флокулянты проявляют обычно повышенную флокулирующую активность [2].

Бинарные композиции получали путем взаимодействия частично гидролизованного ПАА(молекулярная масса 8-105 а.е.м.) с тэтраэтиленгликолем (ТЭГ) и полиэтиленгликолем-115 (ПЭГ-115) в водной среде при атмосферном давлении и постоянной температуре 40 "С при периодическом перемешивании в течение часа. Для ПЭГ-115 и ТЭГ характерным является идентичность структурных групп, но различная длина цепей. Для разбавленных растворов полимеров важно было оценить, насколько изменилась удельная кинематическая вязкость при переходе от моно- к бинарной композиции.

По времени истечения растворов полимеров в капиллярном вискозиметре рассчитывали их кинематическую вязкость. Определив кинематическую вязкость, графически определяли характеристическую вязкость и, далее, средневязкостную молекулярную массу по уравнению Марка-Ку-на-Хаувинка:

[г,]= КМ% где К и а — постоянные для данной системы полимер—растворитель; М — молекулярная масса.

Для системы ПАА—вода К= 0,63 104; а = 0,8. По величине отрезка при экстраполяции к нулевой концентрации полимеров находили характеристическую вязкость полимеров (рис. 2).

В качестве параметра, характеризующего размер и форму макромолекул, определяли среднестатистическое расстояние h между концами молекулярной цепочки полимера. Затем рассчитывали гибкость полимера Г= h/M.

Параметр h характеризует реакционную способность макромолекул в процессе флокуляции: чем больше А, тем выше флокулирующая способность полимера (см. таблицу).

Известно, что в структурированных тройных системах, способных к образованию межмолекулярных и внутримолекулярных водородных связей, процессы формирования молекулярной структуры полимера зависят от многих факторов. При переходе от ТЭГ к ПЭГ-115 средневязкостная молекулярная масса бинарной композиции увеличилась в 1,25 раз, тогда как флокулирующая активность при дозе ТЭГ 0,8 мг/дм3 повысилась в 1,05 раза. Баланс распределения твердой фазы в стесненных условиях (при осаждении в цилиндре) показал, что бинарные композиции осаждают в первую очередь крупные взвеси, а в осветленной воде остаются мелкие частицы. При этом мутность воды существенно уменьшается только при повышенных концентрациях полимерных композиций.

 Скачать реферат