Какие направления развития Росийской науки Вы считаете наиболее перспективными

Одностадийный синтез полимерного флокулянта на основе акрилонитрила

ОДНОСТАДИЙНЫЙ СИНТЕЗ ПОЛИМЕРНОГО ФЛОКУЛЯНТА

НА ОСНОВЕ АКРИЛОНИТРИЛА

Снижение качества и возрастающие объемы потребления воды со все большей остротой ставят проблему её очистки от загрязнений, и в частности, от взвешенных и коллоидно-дисперсных частиц. Эффективность осаждения дисперсий может быть значительно увеличена с помощью флокулянтов [1]. Наибольшее распространение и наиболее высокую активность имеют полиакриламид и некоторые его производные. Флокулянты такого типа получают полимеризацией акриламида, или гидролизом полимеров, содержащих акрилонитрильные группы. Кроме того, они могут быть получены в результате многостадийных превращений акрилонитрила (АН), в которых акриламид (АА) образуется в качестве промежуточного продукта синтеза. Освоен промышленный выпуск полиакриламидных флокулянтов на основе АН по трехстадийной схеме: сернокислотный гидролиз АН, нейтрализация избытка кислоты известью или аммиаком с выделением побочных продуктов, полимеризация мономеров. В результате образуется флокулянт в виде геля, содержащий 5-8 % полимера ("технический полиакриламид") [1].

В данном исследовании для получения дешевого высокомолекулярного флокулянта с использованием доступного сырья разработана модификация его синтеза на основе акрилонитрила и серной кислоты в одну стадию без выделения побочных и промежуточных продуктов. В присутствии серной кислоты и радикального инициатора возможно одновременное участие АН в реакциях гидролиза и полимеризации. По мере образования АА из АН начинается их совместная полимеризация. Показано, что водорастворимость и флокулирующая активность сополимера зависят от вклада реакций полимеризации и гидролиза в образование продукта. Необходимые свойства полимера могут быть получены при достижении оптимального соотношения скоростей этих реакций.

Кинетика процесса исследовалась дилатометрическим методом, который позволял измерять суммарный объемный эффект реакции. В присутствии серной кислоты и инициатора полимеризации он складывался из объемных эффектов гидролиза и полимеризации. В отсутствие инициатора измеряемые величины относились только к реакции гидролиза. В этом случае наблюдалось постепенное уменьшение скорости процесса (W), обусловленное расходованием исходного мономера (АН). В присутствии инициатора вначале происходило увеличение скорости и лишь затем она начинала уменьшаться. Это подтверждает обоснованность представлений об одновременном протекании реакций гидролиза и полимеризации, так как превращение АН в АА, характеризующийся более высокой скоростью реакции роста цепи [2], приводит к увеличению скорости полимеризации по мере протекания реакции, несмотря на расходование мономера.

Исследовано влияние концентраций реагентов, а также температуры и продолжительности реакции на количество и молекулярную массу полимера, содержащегося в продукте, его водорастворимость и флокулирующие свойства.

Показано, что рост концентрации серной кислоты приводит к увеличению скорости гидролиза АН (скорости образования АА), а также скорости полимеризации, хотя и в меньшей степени. Одновременно происходит уменьшение молекулярной массы полимера и продолжительности реакции (tр) (рис. 1).

 

Рис. 1. Зависимость скорости синтеза флокулянта (1), продолжительности реакции (4), а также времени осаждения суспензии оксида меди (2) и степени очистки воды от взвеси оксида меди (3) под действием флокулянта, синтезированного при различном содержании Н2SO4, от концентрации водного раствора кислоты.

[АН] = 10 об.%, [ПСА] = 10 г/л, 60о С.

 

Синтез флокулянта проводили до момента прекращения уменьшения объема реакционного раствора. Дальнейшее продолжение процесса приводило к постепенному увеличению объема, что, по-видимому, связано с гидролизом амидных групп и образованием в полимере звеньев акриловой кислоты. Концентрация водных растворов H2SO4 влияет также на растворимость и флокулирующие свойства образующегося продукта. Причем, существует довольно узкая область концентраций кислоты, когда флокулянт обладает водорастворимостью. Ширина этого диапазона зависит от начальной концентрации АН и сужается при её увеличении. Это затрудняет получение водорастворимого флокулянта с высоким содержанием полимера. По мере увеличения концентрации кислоты флокулирующие свойства продукта вначале улучшались (уменьшалось время осаждения флокулянтом суспензии оксида меди - tCuO и остаточная мутность - ОМ), а затем ухудшались. Обе характеристики флокулирующей активности изменялись симбатно и положение экстремума не зависело от начальной концентрации АН.

1 2