Способ получения водорастворимого полиэлектролита, проявляющего флокулирующее действие

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

Полезная модель относится к коллоидной химии, а именно к способам получения водорастворимых полиэлектролитов ВРПЭ, обладающих флокулирующими структурообразующими свойствами, которые могут найти применение при подготовке и очистке природных мутных, промышленных сточных вод, осветления вин, различных сиропов, а также для ускорения разделения твердой фазы от жидкой среды в процессе отстаивания и фильтрации в гидрометаллургической промышленности.
Получен водорастворимый полиэлектролит (ВРПЭ) сополимеризацией 4- винипиридина 4-ВП в водной среде при рН=5,0-5,5 доведенный с добавлением 15%- ного водного раствора неорганических кислот (соляной НС1, азотной HNO3, сернистой H2S03, серной H2S04, фосфористой Н3РО3 или фосфорной Н3РО4), с акриламидом АА при мольном соотношении мономеров 1,0:1,0, 1,0:2,0, 1.0:4,0, 1,0:6,0 и 1,0:8,0 и продуванием азота через реакционную смесь в течение 5,0 минут с последующим выдерживанием при температуре 45°С в течение 5,0 часов.
Показано, что эффект флокулирующего действия ВРПЭ, полученного предлагаемым способом, по осветляющей способности в 12-15 раз лучше по сравнению с ВРПЭ, полученным известным способом, прототип, и 10-12 раза выше по сравнению с широко известным полимером полиакриламидом ПАА, используемым в настоящее время в качестве флокулянта в различных отраслях промышленности.

Текст

Смотреть все

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ осветления вин, различных сиропов, а также для ускорения разделения твердой фазы от жидкой среды в процессе отстаивания и фильтрации в гидрометаллургической промышленности. Получен водорастворимый полиэлектролит(ВРПЭ) сополимеризацией 4-винипиридина 4-ВП в водной среде при рН 5,0-5,5 доведенный с добавлением 15-ного водного раствора неорганических кислот (соляной НС 1, азотной 3,сернистой 23,серной 24,фосфористой Н 3 РО 3 или фосфорной Н 3 РО 4), с акриламидом АА при мольном соотношении мономеров 1,01,0, 1,02,0, 1,04,0, 1,06,0 и 1,08,0 и продуванием азота через реакционную смесь в течение 5,0 минут с последующим выдерживанием при температуре 45 С в течение 5,0 часов. Показано, что эффект флокулирующего действия ВРПЭ, полученного предлагаемым способом, по осветляющей способности в 12-15 раз лучше по сравнению с ВРПЭ, полученным известным способом, прототип, и 10-12 раза выше по сравнению с широко известным полимером полиакриламидом ПАА, используемым в настоящее время в качестве флокулянта в различных отраслях промышленности.(72) Асанов Аманкайт Асанович Дарменбаева Акмарал Сабетбековна Асанов Акылбек Аманкайтович(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Таразский государственный университет им. М.Х.Дулати Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРАСТВОРИМОГО ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТА,ПРОЯВЛЯЮЩЕГО ФЛОКУЛИРУЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ(57) Полезная модель относится к коллоидной химии, а именно к способам получения водорастворимых полиэлектролитов ВРПЭ,обладающих флокулирующими структурообразующими свойствами, которые могут найти применение при подготовке и очистке природных мутных, промышленных сточных вод, 1670 Полезная модель относится к коллоидной химии,а именно к способам получения водорастворимых полиэлектролитов(ВРПЭ),обладающих флокулирующими,структурообразующими свойствами, которые могут найти применение при подготовке и очистке природных мутных,производственных сточных вод, осветления вин,различных сиропов, и для ускорения процесса отстаивания и фильтрации, а также для разделения твердой фазы от жидкой среды в гидрометаллургической промышленности. Известен способ получения водорастворимого полиэлектролита ВРПЭ путем радикальной полимеризации 2-метил-5-винилпиридина (2-М-5 ВП) в присутствии трибутилмагнийиодида в толуоле 1 - аналог (Англ. пат. 898312, кл. С 08 2/48. 2/14), при этом на осуществление процесса полимеризации затрачено 24 часа для достижения 30 выхода, что не может удовлетворить современные растущие требования. Известен также способ получения водорастворимого полиэлектролита ВРПЭ путем радикальной полимеризации мономерных четвертичных солей пиридин содержащих винильных соединений - 4-винилпиридина (4-ВП),2-винилпиридина (2- ВП), 2-метил-5-винилпиридина(Т.И. Шмелева,В.А Кабанов Механизм полимеризации винилпиридиновых солей в водных растворах. // Высокомолек. соед. -1975 . -А. 17,12- с.370). Недостатком этого способа является то, что для получения ВРПЭ сначала мономеры 4-винилпиридина (4-ВП), 2-винилпиридина (2-ВП),2-метил-5-винилпиридина(2-М-5-ВП) путем обработки соответствующими квартинизирующими реагентами переводят в четвертичное винилпиридиновое солевое состояние с применением различных галоген - алкилами. При этом процесс получения мономерных четвертичных винилпиридиновых солей осуществляют в среде органического растворителя с использованием различных трудно доступных, дорогостоящих, огневзрывоопасных органических веществ,отрицательно влияющих на окружающую среду. Наряду с этим процесс ведения квартинизации сложно и требует достаточно большую длительность. Кроме того,полученного кватинизированного конечного продукта потребуется выделение его из реакционной массы,высушивание и вновь растворение его в воде, для осуществления полимеризации с целью получения ВРПЭ, то есть процесс получения ВРПЭ состоит из нескольких стадий. Наиболее близким по технической сущности к решаемой задаче является способ получения водорастворимого полиэлектролита ВРПЭ путем сополимеризации пиридин содержащих винильных соединений-2-метил-5-винилпиридина (2-М-5-ВП) с амидом акриловой кислоты (АА) при рН 7,0 в водном растворе с использованием в качестве эмульгатора катионактивного цетилпиридинийхлорида,при соотношении 2 мономерной и водной фазы 1,02,0,с инициированием персульфатом калия (2 2 8) при температуре 20 С, 3- прототип. (Трубицына С.Н. Термостабильные сополимеры 2-метил-5 винилпиридина. /Ж. Изв. вузов.- 1988 .- Т.21, 9.с.710) Недостаток способа заключается в том, что ведение процесса сополимеризации при рН 7,0 в водной цетилпиридинийхлоридной среде не позволяет получить гомогенный хорошо растворимый продукт сополимеризации, который не дает возможность использовать его без выделения из реакционной массы. Поэтому после проведения реакции продукт сополимеризации выделяется из реакционной среды промывается,а затем высушивается. Следовательно,получение водорастворимого полиэлектролита этим способом включает несколько трудоемких стадий,использование дорогостоящих органических соединений, метанол в качестве реакционной среды и эмульгатора цетилпиридинийхлорида. Применение огнеопасных органических растворителей,отрицательно влияющих на окружающую среду, для осаждения и промывки,также ухудшает флокулирующее действие ВРПЭ. Наряду с этим при проведении процесса сополимеризации при рН 7,0, 20 С образуется гетерогенная масса, что снижает не только растворимость, но и молекулярную массу и выход продукта. Длительность процесса получения ВРПЭ и низкий флокулирующий эффект конечного продукта являются существенными недостатками. Задачей предлагаемого полезной модели является упрощение способа за счет устранения использования малодоступных, дорогостоящих,огнеопасных,отрицательно влияющих на окружающую среду органических соединений,процесса выделения и высушивания продукта сополимеризации,сокращения времени сополимеризации и повышение выхода,флокулирующей способности конечного продукта сополимеризации, а также введение в состав функциональных групп макромолекулы противоионов,усиливающих флокулирующее действие полученного конечного продукта сополимеризации. Поставленная задача решается путем сополимеризации пиридин содержащих винильных соединений-4-винилпиридина 4-ВП в водной среде при рН 5,0-5,5, доведенным 15 раствором неорганических кислот (соляной НС, азотной 3 ,сернистой 2 3 ,серной 2 4 ,фосфористой Н 3 РО 3 или фосфорной Н 3 РО 4 ), с акриламидом АА при мольном соотношении 1,01,0,1,02,0, 1,04,0, 1,06,0 и 1,08,0 в присутствии инициатора персульфата калия 2 2 8 , с продуванием азотом реакционной смеси в течение 5,0 минут, и последующим выдерживанием реакционной смеси в течение 5,0 часов при температуре 45 С. К отличительным признакам относятся сополимеризация 4-ВП в водной среде, при рН 5,05,5 доведенной с помощью неорганических кислот(соляной НС, азотной 3 , сернистой 2 3 ,серной 2 4 , фосфористой Н 3 РО 3 или фосфорной Н 3 РО 4), с акриламидом АА при мольном соотношении 1,01,0, 1,02,0, 1,04,0, 1,06,0 и 1,08,0 моль в присутствии инициатора персульфата калия,выдерживанием реакционной смеси в течение 5,0 часов при температуре 45 С. Причинно-следственная связь заключается в том,что нейтрализация 4-ВП с помощью неорганических кислот до рН 5,0-5,5 до сополимеризации приводит к улучшению растворимости 4-ВП в воде, оказывает положительное влияние на радикалобразующую способность, упрощает условия сополимеризации с АА, что позволяет повысить выход и молекулярную массу, а также стереорегулярность продукта сополимеризации и его флокулирующую способность. Введение в состав макромолекулы в качестве противоионов аминных групп кислотных остатков способствует регулированию конформационного состояния макромолекул,улучшает растворимость,сокращает время сополимеризации, а также позволяет использовать продукт сополимеризации,полученный при оптимальном соотношении мономеров,в практических целях без выделения из реакционной смеси. Последовательность осуществления способа В реакционную колбу емкостью 250 см 3 наливают воду 50 г, и помещают необходимое количество 4-ВП и, постепенно добавляя 15-ный водный раствор неорганических кислот при постоянном перемешивании, нейтрализуют до рН 5,0-5,5 после этого вводят нужное количество АА и персульфата калия 2 28 и доводят общую массу реакционной смеси до 100 г добавлением воды. Процесс проводят в инертной среде, которая обеспечивается продуванием азота через реакционную среду в течении 5,0 минут, а затем реакционную систему герметизируют и выдерживают в течении 5,0 часов при температуре 45 С Конкретные примеры осуществления способа Пример 1. В колбу емкостью 250 см 3 наливают 50 г воды, помещают 8,95 г 4-ВП доводятдо 5,05,5 с помощью 15-ного водного раствора соляной кислоты НС. После этого вводят 6,05 г АА(соотношение мономеров составляют 1,01,0 моль) и 0,06 г персульфата калия 2 2 8 наливают воду,доводят общую массу реакционной смеси до 100 г,продувают азотом,пропуская его через реакционную среду, а затем реакционный сосуд герметизируют и выдерживают при температуре 45 С в течение 5,0 часов. Полученный продукт сополимеризации разбавляют водой, а затем, добавляя ацетон или диоксан, осаждают, высушивают продукт до постоянного веса в вакуумном шкафу при 40 С. Определяют выход и содержание хлора (С), азота(,). На основании содержания хлора (С), азота(,) устанавливают состав сополимера. Выход продукта сополимеризации составляет 99,66, а состав сополимера почти соответствует исходному соотношению мономеров,взятых для сополимеризации. Молекулярная масса продукта сополимеризации 1,72105 . Продукт сополимеризации представляет гомогенную, вязкую массу, и для практических целей его выделение из реакционной массы необязательно. Полученный конечный продукт сополимеризации можно использовать путем разбавления водой до необходимой концентрации. Полученный образец ВРПЭ путем сополимеризации 4-ВП,нейтрализованный 15-ным раствором соляной кислоты, с АА при мольном соотношении мономеров 1,01,0 условно обозначают 4-ВПНС АА-1. Пример 2. Процесс получения ВРПЭ проводят,как в примере 1, за исключением того, что сополимеризация 4-ВП с АА осуществляется при соотношении 1,02,0 моль. Для этого соответственно берут 6,38 г 4-ВП и 8,62 г АА. Выход продукта сополимеризации составляет - 99,82, а состав продукта также соответствует состав исходного мономера,взятого для сополимеризации,молекулярная масса продукта сополимеризации 2,14-105. Полученный образец обозначили 4-ВПНСАА-2. Пример 3. Процесс получения ВРПЭ осуществляют, как в примере 1, за исключением того, что сополимеризация 4-ВП с АА проводится при соотношении 1,04,0 моль. Для этого соответственно берут 4,04 г 4-ВП и 11,96 г АА. Выход продукта сополимеризации составляет 99,92, а состав сополимера также соответствует составу исходного мономера, взятого для сополимеризации, молекулярная масса продукта сополимеризации - 2,68105 . Полученный образец обозначили 4-ВПНСАА-3. Пример 4. Процесс получения ВРПЭ проводят,как в примере 1, за исключением того, что сополимеризация 4-ВП с АА ведется при соотношении 1,06,0 моль. Для этого соответственно берут 2,96 г 4-ВП и 12,04 г АА. Выход продукта сополимеризации составляет - 99,96, а состав сополимера также соответствует составу исходного мономера,взятого для сополимеризации,молекулярная масса продукта сополимеризации 3,12105. Полученный образец обозначили 4-ВПНС 1 АА-4. Пример 5. Процесс получения ВРПЭ проводят,как в примере 1, за исключением того, что сополимеризация 4-ВП с АА ведется при соотношении 1,08,0 моль. Для этого соответственно берут 2,34 г 4-ВП и 12,66 г АА. Выход продукта сополимеризации составляет - 99,98, а состав сополимера также соответствует составу исходного мономера,взятого для сополимеризации,молекулярная масса продукта сополимеризации 3,64105. Полученный образец обозначили 4-ВПНСАА-5. Пример 6 4-ВП 3 АА-3 4-ВП 2 3 -3 4-ВП 2 4 -3 4-ВПН 3 Р 3 АА-3 4-ВПН 3 Р 4 АА-3 4-ВП 3 АА-4 4-ВП 2 3 -4 4-ВП 2 4 -4 4-ВП 3 Р 3 -4 4-ВП 3 Р 4 -4 4-ВП 3 АА-5 4-ВП 2 3 -5 4-ВП 2 4 -5 4-ВПН 3 Р 3 АА-5 4-ВПН 3 Р 4 АА-5 осуществляют как в примере 1,2, 3, 4, 5 за исключением того, что для доведения значениядо 5,0-5,5 путем нейтрализации 4-ВП используются 15-ные растворы азотной 3 ,сернистой 2 3 , серной 2 4 , фосфористой Н 3 Р 3 ,или фосфорной 3 Р 4 кислоты соответственно. Результаты проведенного опыта показали, что во всех случаях при указанных оптимальных соотношениях мономеров 4-ВП и АА 1,01,0 - 1,08,0 моль и значении рН 5,0-5,5 среды образуется продукт сополимеризации с высоким выходом и молекулярной массой. Полученные при установленных оптимальных условиях образцы не только гомогенны, хорошо растворимы в воде, но и проявляют наиболее высокую флокулирующую способность, на что указывает изменение оптической плотности (Д) 0,1-ной высоко устойчивой гидросуспензии бентонита ГСБ в присутствии образцов ВРПЭ. При этом выявлено, что флокулирующая способность образцов ВРПЭ,полученных предлагаемым способом,при указанном соотношений мономеров 1,01,0-1,0-8,0 моль 4-ВПАА, соответственно, резко не отличаются друг от друга в зависимости от соотношения мономеров и вида противоионов функциональных групп, т.е. от вида используемых для нейтрализации растворов неорганических кислот, в большей мере она изменяется в зависимости от значенийреакционной среды. Однако чрезмерное увеличение в реакционной смеси количеств 4-ВП вышеустановленных,приводит к усилению взаимного отталкивания одноименно заряженных радикалов 4-ВП и затруднению присоединения растущей цепи вследствие чего, несколько снижает выход и молекулярную массу продукта сополимеризации, а также в некоторой степени приводит к ослаблению флокулирующей способности из-за уменьшения молекулярной массы и увеличения плотности ионизированной функциональной группы в цепи макромолекулы,которая способствуют к усилению взаимного подавления процесса ионизации. Наряду с этим, чрезмерное уменьшение количества 4-ВП в реакционной смеси, то есть дальнейшее увеличение АА также нецелесообразно,так как вэтом случае макромолекула может находиться в менее развернутом состоянии, а также уменьшается количество свободных положительно заряженных ионизированных активных функциональных групп,способных взаимодействовать с отрицательно заряженными мелкими трудноосаждаемыми частицами дисперсной фазы. Кроме этого чрезмерное увеличение звена АА в цепи макромолекулы приводит к некоторому ухудшению растворимости из-за уменьшение ионизированных функциональных групп, а также сворачиванию и образованию относительно меньшей длиной цепи макромолекулы, что отрицательно влияет на мостикообразующую способность, в результате чего также ослабевает флокулируюшее действие. При значенииреакционной среды выше оптимальной, то есть рН 5,5, особенно 6,0-6,5 ухудшается растворимость продукта сополимеризации, вследствии чего образуется гетерогенная масса, что обусловливает снижение выхода, молекулярной массы и флокулирующего действия образцов продукта сополимеризации. Чрезмерное уменьшение значенияреакционной среды ниже оптимальной рН 5,5-5,0, особенно 4,04,5 также отрицательно сказывается на устойчивости по химическому составу, на конформационное состояние макромолекулы, то есть приводит к постепенному сворачиванию макромолекул продукта сополимеризации, что в определенной мере не только ослабляет флокулирующую способность, но и затрудняет применение ВРПЭ в качестве флокулянта без выделения из реакционной массы. Сравнение флокулирующей способности образцов ВРПЭ, полученных в оптимальных условиях предлагаемым способом, свидетельствует,что их эффективное действие значительно выше,чем у образцов ВРПЭ, полученных известным способом 3 - прототип, и у широко известного полимерного флокулянта полиакриламида ПАА 4(Кузкин С.Ф., Небера В.П. Синтетические флокулянты в процессах обезвоживания. -М. Гостехиздат, 1963.- с.43-47), применяемых в настоящее время в различных отраслях промышленности. Расход ВРПЭ - флокулянта полученного предлогаемым, необходимый для достижения примерно одинаковой степени осветления гидросуспензий бентонита (ГСБ) в 10,08,0 раз меньше, чем ВРПЭ, полученного по известному способу 3 - прототип, и ПАА 4,взятых для сопоставления осветляющего эффекта. При этом степень осветления ГСБ в присутствии ВРПЭ, полученного предлагаемым способом, в 1215 раз лучше по сравнению с ВРПЭ, полученным известным способом 3 прототип, а также 10-12 раз выше по сравнению с флокулянтом ПАА 4. Таблица Изменение оптической плотности (Д) 0,10-ной гидросуспензии бентонита ГСБ при введении различных количеств ВРПЭ Изменение оптической плотности (Д) после 15 мин отстаивания По предлагаемому по известному способу способу Высокая флокулирующая способность ВРПЭ флокулянта, полученного предлагаемым способом,связана не только с достаточно высокой молекулярной массой продукта сополимеризации,но и упорядоченным, регулярным расположением положительно заряженных квартинизированных аминных и амидных групп вдоль цепи, которое обеспечивает наиболее развернутое конформационное состояние макромолекулы, а также композиционной однородности. Наряду с этим наличие в цепи регулярно расположенных слабо положительно заряженных амидных и более сильно ионизируемых, положительно заряженных аминных функциональных групп противоионами,которыми являются различные неорганические кислоты находящиеся выгодном состояние для взаимодействия с частицами дисперсной фазы обусловливают явление синергизма, что в конечном счете усиливает флокулирующую способность полученного продукта сополимеризации. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ Способ получения водорастворимого полиэлектролита, проявляющего флокулирующее действие, включающий сополимеризацию пиридин содержащих винильных соединений - 2-метил-5 винилпиридина с акриловыми мономерами в среде растворителя в присутствии инициатора,отличающийся тем, что процесс получения водорастворимого полиэлектролита осуществляют сополимеризацией 4-винилпиридина 4-ВП в водной среде при рН 5,0-5,5 доведенной с добавлением 15-ного водного раствора неорганических кислот(соляной НС, азотной 3, сернистой 23,серной 24, фосфористой Н 3 РО 3 или фосфорной Н 3 РО 4), с акриламидом АА при мольном соотношении мономеров 1,01,0, 1,02,0, 1,04,0,1,06,0 и 1,08,0 моль соответственно, с продуванием азотом реакционной смеси в течении 5,0 минут, с последующим выдерживанием при температуре 45 С в течении 5,0 часов.

МПК / Метки

МПК: C09K 17/00

Метки: полиэлектролита, проявляющего, водорастворимого, получения, способ, действие, флокулирующее

Код ссылки

<a href="http://kzpatents.com/5-u1670-sposob-polucheniya-vodorastvorimogo-polielektrolita-proyavlyayushhego-flokuliruyushhee-dejjstvie.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Способ получения водорастворимого полиэлектролита, проявляющего флокулирующее действие</a>

Похожие патенты