Адсорбция полимеров на неорганических носителях
СОДЕРЖАНИЕ
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
1. Теоретическая часть
1.1 Адсорбция полимеров на неорганических носителях
1.1.1 Теории адсорбции полимеров
1.1.2 Факторы, влияющие на адсорбцию полимеров
1.2 Общая характеристика геллана
1.2.1 Химические свойства
1.2.2 Гелеобразование геллана
2. Практическая часть
2.1 Методика
проведения экспериментов
2.2 Результаты и их обсуждение
3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
4. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
Gel – геллан;
ДМСО – диметилсилоксан;
ДРРЛ – диффузное рассеивание рентгеновских лучей;
ИЭТ – изоэлектрическая точка;
НБС – необработанный Бакланий Северный;
НХ – необработанный Харасан;
ОБС – обработанный Бакланий Северный;
ОХ – обработанный Харасан;
ПАК – полиакриловая кислота;
ПВА – поливинилацетат;
ПВПД – поли-N-винилпирролидон;
ПДМДААХ – поли-N,N’-диметил-N,N’-диаллиламмоний хлорид;
ПССН – полистиролсульфонат натрия;
СЭМ – сканирующая электронная микроскопия;
ЭДК – 1-этил-3-[3-(диметиламино)пропил]карбодиимид;
ЭХГ – эпихлоргидрин;
ВВЕДЕНИЕ
Адсорбция (от лат. ad — «на, при» и sorbeo — «поглощаю») – это процесс поглощения одного вещества (адсорбата) поверхностью другого (адсорбентом).
Процесс проходит самопроизвольно, в некоторых случаях необратимо.
Выделяют 2 вида адсорбции: физическую, обратимую, и химическую (хемосорбцию), необратимую, различающихся по теплотам и энергиям. При определенных условиях адсорбироваться может любое вещество из жидкой или газовой фазе.
Одним из важнейших разделов физической химии полимеров в коллоидной химии является физикохимия поверхностных явлений в полимерах [1].
Это связано с тем, что создание новых полимерных материалов непосредственно связано с использованием гетерогенных полимерных систем. Большая часть современных полимерных материалов является гетерогенными системами с высокоразвитыми поверхностями раздела фаз. Это - армированные пластики, наполненные термопласты, усиленные резины, лакокрасочные покрытия, клеи и др.
Адсорбция макромолекул на поверхности раздела фаз играет большую роль в решении практических проблем в промышленности, технологии и биологии: адгезии, флокуляции и стабилизации коллоидных частиц, например.
Характеристики данной адсорбции различны в сравнении с адсорбцией малых молекул.
Например, количество конформаций, которые может принимать адсорбированный полимер, термодинамически возрастает с увеличением длины цепи. На рисунке 1 изображены различные конформации при адсорбции гибко- и жесткоцепных полимеров.
Рисунок 1 – Различные конформационные модели при адсорбции полимеров на поверхности: а – цепь полностью лежит на поверхности; б – коформация петля-цепь-хвост; в – адсорбция жесткоцепных полимеров (концевая).
Данные конформации в первую очередь определяются размером и толщиной адсорбированного слоя и только во вторую очередь энтальпией и энтропией конфигурации. Определение конформации адсорбированной молекулы играет главную роль в изучении данного процесса.
| |
При синтезе полимеров на твердой поверхности процесс адсорбции существенным образом может повлиять на кинетические условия реакции, а в некоторых случаях и на структуру (при синтезе трехмерных пространственных сеток, например).
Адсорбция является важной стадией гетерогенного катализа. Катализ полимер-протектированными наночастицами металлов в данное время получил широкое распространение среди каталитиков. Данный вид катализа содержит в себе признаки трех основных видов: гомогенного (получение из обычных растворимых соединений металлов, способность функционировать в мягких условиях), гетерогенного (протекание реакций на границе раздела фаз, активация субстрата происходит путем адсорбции на поверхности, катализатор легко отделим от продуктов, и подлежит регенерации) и ферментативного катализа (структурное соответствие, благоприятная ориентация реагирующих молекул, дополнительная активация субстрата каталитической системой). Для получения стабильного, регенерируемого катализатора необходимо, чтобы полимер прочно был связан с подложкой. Правильные выводы в данном направлении возможно сделать лишь после изучения всех составляющих параметров адсорбции полимера.
В мировой практике извлечения нефти ведутся разработки, направленные на увеличения нефтеотдачи пластов. Наиболее перспективным методом является метод полимерного заводнения [2-3].
Применение полимеров для повышения нефтеотдачи пластов основано на способности их водных растворов, даже при низкой концентрации полимера, значительно снижать соотношение вязкостей нефти и воды, анизотропию самого пласта и изменять реологические свойства и структуру фильтрационных потоков пластовых флюидов. Водорастворимые полимеры улучшают нефтеотдачу путем увеличения эффективного охвата водной фазы. Это достигается путем снижения подвижности водной фазы или увеличения вязкости водной фазы. Адсорбция полимера на пористой породе является причиной снижения концентрации полимера в водной фазе и, следовательно, снижение вязкости.
1. Теоретическая часть
1.1 Адсорбция полимеров на неорганических носителях
1.1.1 Теории адсорбции полимеров
В 1953 году Фриш, Сима и Ирих одними из первых исследовали изменение в конформациях при соприкосновении Гауссовских цепей с поверхностью и просчитали термодинамические характеристики адсорбционного слоя, а также построили изотерму адсорбции (FSE изотерму). Данные расчеты позволили сделать важный вывод: толщина адсорбционного слоя (q) в точки θ пропорциоальна квадратному корню из молекулярной массы полимера (Mp):
qθ = Mp1/2
Позже в начале 60 годов ХХ века данное предположение было оспорено Силбербергом и Димарцио, которые показали, что Фриш и др. не приняли во внимание различные конформации адсорбированной цепи. Димарцио и Маккрекин показали, что для правильного расчета числа конформаций адсорбция должна проходить одностадийно.
В середине 60 годов начались широкомасштабные изучения адсорбции полимеров. На ранних стадиях исследования основными направлениями являлись конформации изолированных цепей, распределение петлей, цепей и хвостов, и различная толщина адсорбированных макромолекул, их статистическое распределение и в это же время стал использоваться метод компьютерного моделирования под названием «метод Монте Карло» [4].
Скачать реферат