Спосіб осадження суспензії

Спосіб осадження суспензії шляхом обробки іоногенним флокулянтом та наступним розподілом твердої та рідкої фаз відстоюванням, який відрізняє ться тим, що як іоногенний флокулянт беруть аніонне похідне прищепленого кополімеру поліакриламіду до полівінілового спирту в Н-формі з постійною кількістю прищеплених ланок, яка дорівнює 9, який одержано шляхом лужного гідролізу та який має вміст ланок акрилової кислоти на ланцюгах щеплень 18,3% або 31,7%, або 57,7% (19) (21) a200510806 (22) 15.11.2005 (24) 26.11.2007 (72) МОМОТ ЛЕСЯ МИКОЛАЇВН А, U A, ЖЕЛТОНОЖСЬКА ТЕТЯНА БОРИСІВНА, UA, ВІТОВЕЦЬКА ТЕТЯНА ВАСИЛІВНА, UA, КУНИЦЬКА ЛАРИСА РЕМІВН А, U A, СИРОМЯТНІКОВ ВОЛОДИ МИР ГЕОРГІЙОВИЧ, UA (73) КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ТАРАС А ШЕВЧЕНКА, U A (56) UA 23743, A, 17.12.2001 RU 2165900, C1, 27.04.2001 US 3985651, A, 12.10.1976 3 81032 добавки, зокрема, покращення показників процесу флокуляції, таких як скорочення стадії первинної агрегації частинок, підвищення швидкості основної стадії флокуляції, збільшення щільності утвореного осаду та ступеня освітлення рідини над осадом за рахунок модифікації ПВС- ПААN. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі осадження суспензії згідно винаходу використовують як йоногенний флокулянт аніонне похідне прищепленого кополімеру поліакриламіду до полівінілового спирту (ПВС-анПААN) в Н-формі. Кількість прищеплених ланцюгів поліакриламіду в кополімері залишають постійною і рівною 9, а йоногенний флокулянт отримують шляхом лужного гідролізу із вмістом ланок акрилової кислоти на ланцюгах щеплень 18.3%, 31.7% та 57.7% відповідно до кінетики процесу гідролізу. При цьому флокулянт додають у кількості 1х10-41х10-1 кгхм -3 суспензії. Винахід ілюструють приклади конкретного виконання, в яких визначають основні параметри процесу флокуляції, такі як тривалість початкового періоду первинної агрегації частинок, відносна швидкість основної стадії флокуляції, щільність утвореного осаду, а також ступінь освітлення рідини над осадом та оптимальні дози флокулянтів. Ефективність флокулюючої дії аніонних похідних ПВС-анПААN у порівнянні з вихідним немодифікованим зразком ПВС- ПААN та високомолекулярним ПАА вивчали на модельній суспензії каоліну. В експериментах використовували суспензію каоліну з розміром частинок ~ 6,5 мкм і концентрацією дисперсної фази 30 кг.м -3. Кінетику процесу флокуляції контролювали зміною у часі межі поділу освітленої та неосвітленої частин мірного циліндру. Процес осадження суспензії у розчинах кополімерів різної концентрації проводили в циліндрі об'ємом 50 мл при Т=293 К. Суміш інтенсивно струшували протягом 15 с і вимірювали зміну висоти освітленого стовпа рідини (Н) у часі ( t ). Флокуляційну здатність ПАА, ПВС-ПААN та ПВС-анПААN оцінювали за чотирма параметрами: довжиною початкової стадії первинної агрегації частинок ( t ), відносною швидкістю швидкої стадії флокуляції (vвідн), об'ємом осаду, утвореного через 1 хв. після початку флокуляції (V) та оптичною густиною (D) рідини над осадом через строго певний час (20 хв.) після початку осадження суспензії. Відомими способами в суспензію в якості нейоногенної полімерної добавки вводять ПАА (Мv = 4,4х106, А=1%), отриманий в нашій лабораторії методом радикальної полімеризації при Т=293 К з використанням як ініціатора солі Ce(IV) або нейоногенний ПВС-ПААN (синтезований з ПВС та акриламіду АА в присутності церійамонійнітрату; МПВС-ПААN = 1,60х106, N=9, Мv ПАА =1.68х105). Для реалізації запропонованого способу в суспензію додають модифіковані зразки ПВС-анПААN в Нформі, в яких ступінь гідролізу А акриламідних ланок складає 18.3%, 31.7% та 57.7%, а кількість прищеплених ланцюгів N постійна і дорівнює 9. 4 Лужний гідроліз акриламідних ланок в ПВСПААN проводили за методикою [4]. Реакцію здійснювали у водному розчині зразка ПВС- ПААN (МПВС-ПААN = 1,60х106, N=9, Мv ПАА =1.68х105) з концентрацією 10 кг.м -3 в присутності 5 М розчину гідроксиду натрію (NaOH) при Т = 323К і постійному перемішуванні. Проби відбирали шприцом через 600, 3600, 14400 та 28800 секунд реакції, підкисляли IN HC1 до рН » 2 і отримували аніонні похідні в Н-формі. Потім їх переосаджували ацетоном, розчиняли в дейонізованій воді і ліофільне сушили. Модифіковані кополімери додають у кількості 1.104 –1.10-1 кг.м -3 суспензії. В табл. наведені параметри процесу осадження суспензії каоліну, одержані відомими способами (нейоногенними ПАА та ПВС- ПААN) і запропонованим способом (в якості флокулянта використовують модифіковані зразки ПВСанПААNв Н-формі). Дослідження ефективності осаджуючої дії аніонних похідних ПВС-анПААN в Н-формі проводили у порівнянні як з вихідними зразками внутрішньомолекулярного полікомплексу ПВСПААN, так і з найбільш відомим гомополімерним флокулянтом - індивідуальним ПАА. Вибір запропонованих значень ступеня гідролізу акриламідних ланок прищеплених ланцюгів поліакриламіду А в аніонних похідних ПВС-анПААN обумовлений кінетикою процесу гідролізу. Оскільки існує дві основні стадії лужного гідролізу - швидка, обумовлена, передусім, ефектом сусідніх ланок, або так званим механізмом анхимерного сприяння і повільна, пов'язана з розгортанням заряджених макроклубків і досягненням практично повного насичення в процесі полімераналогічного перетворення, були вибрані крайні значення А, які відповідають цим стадіям, саме А дорівнює відповідно 18.3% та 57.7%. А=31,8% відповідає початку переходу від швидкої до повільної стадії і при цьому близьке до середнього значення А. Дослідження проводили в області концентрацій, яка традиційно використовується для оцінки ефективності флокулюючої дії полімерних добавок. Як видно з табл., вже незначні дози флокулянтів приводять до помітного збільшення швидкості седиментації і з підвищенням концентрації флокулянтів швидкість осадження суспензії закономірно зростає. При концентрації флокулянта 1.10-4 кг.м-3 хороші показники по флокуляції колоїдних частинок спостерігають у йоногенного зразка 10 (ПВС-анПААN з невисоким вмістом на ланцюгах щеплень ланок акрилової кислоти (А=18.3%); по відношенню до нейоногенних зразків 1 (ПАА) та 6 (ПВС- ПААN) довжина початкової стадії первинної агрегації колоїдних частинок t зменшується відповідно в 1.7 та 1.4 рази та ступінь освітлення рідини над осадом D відповідно в 1.4 та 1.2 рази; по відношенню до зразка 1 в 1,2 рази зменшується об'єм осаду V, що утворився через 60 с після початку осідання. Для похідних ПВС-анПААN зі збільшенням ступеня гідролізу (зразок 20 з 5 81032 А=31.7% та зразок 27 з А=57.7%) по відношенню до зразків 1 та 6 покращуються такі параметри: t зменшується відповідно в 2.3 та 1.6 рази, V зменшується відповідно в 1.2 та 1.1 рази. Слід відмітити, що для гідролізованих зразків 10, 20, 27, так само, як і для негідролізованого зразка 6 відносна швидкість n відн. швидкої стадії флокуляції перевищує останню для лінійного зразка 1 відповідно в 1.6, 2.2, 1.9 та 1.6 рази, що вказує на перспективність використання розгалужених макромолекул в процесах флокуляції. При С = 5.10-4 кг.м -3 вигідно відрізняється зразок 14 (А = 18,3%): у 10 разів зменшується довжина початкової стадії t по відношенню до ПАА (зразок 2) і у 6 разів - по відношенню до ПВСПААN (зразок 7), густина рідини над осадом зменшується відповідно в 2 та 1.1 рази, суттєво зростає щільність осаду (відповідно в 2.26 та 1.26 рази). Збільшення вмісту ланок акрилової кислоти приводить до зменшення щільності осаду та збільшення завислих частинок в розчині, проте залишається короткою довжина початкової стадії t та зменшується відносна швидкість n відн. При збільшенні концентрації флокулянта на порядок довжина початкової стадії т дорівнює 0, зростає щільність осаду, зменшується густина розчину над осадом. Так, кращі результати отримані при А=18.3% (зразок 15): щільність осаду по відношенню до зразка 3 ПАА зростає в 2.4 рази, D зменшується в 2.3 рази; по відношенню до нейоногенного зразка 8 ПВС-ПААN D зменшується в 1.3 рази. Починаючи з концентрації 5.10-3 кг.м-3 і подальшим її зростанням до 1.10-1 кг.м-3 кращі показники по відношенню до ПАА та ПВС-ПААN демонструють зразки з середнім ступенем гідролізу А=31.7%. Отже, як свідчить аналіз даних табл., значні переваги при використанні як флокулянтів при освітленні сильномутних полідисперсних суспензій каоліну у порівнянні з індивідуальним ПАА та немодифікованим прищепленим кополімером ПВС-ПААN йоногенних прищеплених кополімерів мають йоногенні прищеплені кополімери. Аніонні похідні ПВС-анПААN в Н-формі мають більш високу флокулюючу здатність, ніж ПАА за всіма розглянутими параметрами у всій області концентрацій, що відкриває перспективу їх використання без збільшення питомих витрат. Крім того, освітлююча дія аніонних похідних в цілому за більшістю параметрів покращується зі збільшенням вмісту на ланцюгах щеплень ланок акрилової кислоти. Найкращі показники у всій дослідженій області концентрацій полімерної домішки (1.10-4-1.10-1 кг.м --3) демонструє зразок ПВС-анПААN з проміжним значенням ступеня гідролізу (А=31.7%). Зокрема, для цього зразка при С=1.10-2 кг.м -3 значення Vвідн виявляється вищим, ніж для ПАА і не модифікованого прищепленого кополімеру в 1.7 та 1.2 рази відповідно; об'єм осаду V зменшується порівняно з вказаними зразками відповідно у 2 і 1.4 рази, а значення D знижується у 1.2 рази порівняно зі 6 зразком вихідного кополімеру і водночас виявляється таким же самим, як у П АА. Таким чином, шляхом модифікації ПВС-ПААN досягнуто підвищення флокулюючої здатності полімерної добавки за рахунок покращення основних показників процесу флокуляції, а саме: скорочення стадії первинної агрегації частинок, підвищення швидкості основної стадії флокуляції, збільшення щільності утвореного осаду та ступеня освітлення рідини над осадом. Спосіб осадження суспензії, що заявляється, не потребує особливого обладнання як для полімераналогічних перетворень прищеплених кополімерів, так і для використання йоногенних похідних в процесах осадження завислих частинок. В той же час спосіб, що заявляється, може забезпечити потреби народного господарства України у високоефективних флокулянтах, які зменшують енерговитрати за рахунок скорочення тривалості процесу флокуляції завдяки збільшенню швидкості осадження суспензії. Джерела інформації: 1. Мягченков В.А.. Барань Ш. Бектуров Е.А.. Булидорова Г.В. Полиакриламидные флокулянты. -Казань. 1998. -С. 135-180. 2. Опис до патенту України № 17242 А. МПК7 C02F1/56, B01D21/01, 1997. 3. Опис до патенту України № 23743. МПК7 C02F1/56, B01D21/01, 2001 (прототип). 4. Абрамова Л.И., Байбуров Т.А., Григорян Е.П., Зильберман Е.Н., Куренков В.Ф., Мягченков В.А. Полиакриламид. - Москва: Химия, 1992. -С. 118-127. Параметри процесу осадження суспензії каоліну нейоногенними Флокулянт ПАА, А=1% ПВС-ПААN ПВС-анПААN1, А=18.3% ПВС-анПААN2, А=31.7% № пр. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 С.102,кг.м -3 0 0.01 0.05 0.10 0.50 1.00 0.01 0.05 0.10 0.50 1.00 5.00 10.00 0.01 0.05 0.10 0.50 1.00 5.00 10.00 0.01 0.05 0.10 0.50 t ,*с 16 17 10 14 4 2 14 6 3 0 0 0 0 10 1 0 0 0 0 0 6 1 0 0 7 ПВС-анПААN3, А=57.7% 81032 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 1.00 5.00 10.00 0.01 0.05 0.10 0.50 1.00 5.00 10.00 8 0 0 0 9 4 5 0 0 0 0 23.3 24.4 25.0 1.6 2.6 4.3 13.9 22.2 25.0 25.0 7 5 5 33 24 20 11 8 5 5 * довжина початкової стадії первинної агрегації частинок; ** швидкість осідання суспензії у розчині флокулянта, віднесена до швидкості осідання у воді; *** об'єм осаду, утвореного через 60 с після початку осідання; **** оптична густина рідини над осадом через 1200 с після початку флокуляції. 0.05 0 0 0.28 0.29 0.14 0.13 0.19 0.04 0.03