Результат интеллектуальной деятельности: МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ФЛОКУЛЯНТ НА ОСНОВЕ ПОЛИАКРИЛАМИДА

Изобретение относится к способу получения модифицированных флокулянтов на основе полиакриламида (ПАА), которые успешно применяются для флокуляции суспензий в различных отраслях промышленности: химической, коксохимической, целлюлозно-бумажной, нефтехимической и горнорудной, в коммунальном хозяйстве и водоснабжении и др., за счет их невысокой стоимости, низкой токсичности, достаточно высокой эффективности, во многих флокуляционных процессах [2].

Известен способ получения флокулянта на основе ПАА, когда в качестве модифицирующего агента используют продукт реакции эпихлоргидрина и смеси солей высших жирных кислот C₁₆-С₂₀ [5].

Недостатком данного технического решения является то, что данную смесь необходимо диспергировать в растворе привитого сополимера ПАА с карбоксиметилцеллюлозой, а взаимодействие между ними происходит при достаточно высокой температуре (60-80°C). При этом достигается относительно небольшое повышение эффективность работы флокулянта.

Известен способ получения модифицированных образцов флокулянта серией многокомпонентных смесей органических кислородсодержащих веществ, содержащих пропиленгликоль, этилцеллозольв, пропиленхлоргидрин [6].

Несмотря на повышенную осадительную способность полученных модифицированных флокулянтов при использовании выбранных модификаторов, недостатком данного технического решения является дефицитность компонентов предлагаемых смесей модификаторов, т.к. их производственный материальный ресурс невысок. По этой причине невозможно рекомендовать предлагаемый модифицированный флокулянт для массового использования в промышленности.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является описание флокулянта, включающий полиакриламид, модифицирующий агент и воду, в котором в качестве модифицирующего агента используют мочевину при следующем соотношении компонентов, вес. %: полиакриламид 0,5-0,7; мочевина 0,15-0,3; вода - остальное (прототип) [8].

При явном преимуществе доступности предлагаемого модификатора (основное азотное минеральное удобрение) недостатком данного технического решения является невысокая флокулирующая способность полученного модифицированного раствора ПАА.

Задачей, на решение которой направленно заявляемое изобретение, является получение модифицированного флокулянта, имеющего более высокую флоккулирующую способность, за счет нескольких сшивающих агентов, обладающих различными механизмами соединения макромолекулярных цепей используемого полимерного продукта (ПАА).

Данная задача решается с помощью модификацииисходного ПАА, который растворяется необходимыми технически вспомогательными материалами: 1) пропиленгликоля (ПГ) СН₃-СН(ОН)-СН₂ОН; содержащего две гидроксильные группы с подвижными атомами водорода; 2) мочевины (NH₂)₂CO, содержащей две аминогруппы, имеющих у атомов азота химически активные неподеленные пары электронов, которые способны вступать в химические взаимодействия с функциональными группами макромолекул ПАА, при этом возникают необходимые условия для модификации (сшивки) отдельных макромолекул и образования структур ПАА с повышенной молекулярной массой. Выбор таких модификаторов неслучаен, т.к. они приводят к кислотно-основным взаимодействиям с карбоксильными и аминными группами ПАА с одновременной организацией сетки водородных связей за счет присутствия ПГ.

Предлагаемый способ получения модифицированных флокулянтов на основе ПАА из его товарных форм, необходимых для повышения молекулярной массы флокулянта, включает в себя ряд необходимых технологических стадий:

1) смешение выбранных модификаторов с водой до полного их растворения;

2) добавка в полученный водный раствор согласно технологического регламента определенные порции исходного товарного ПАА и перемешивание полученной смеси до полного растворения ПАА и прохождение процесса модификации;

3) дополнительная выдержка полученного раствора в течение 60 мин, приводящая к созреванию раствора.

Водные растворы ПАА имеют большую вязкость, которая возрастает с ростом молекулярной массы полимера [4]. Чем выше молекулярная масса флокулянта, тем выше его эффективность при осаждении твердой фазы в суспензиях [1]. Промышленный способ получения ПАА с повышенной молекулярной массой имеет свои технологические ограничения: получение макромолекул с чрезвычайно высокой молекулярной массой (ММ) невозможно за счет деструкции углеводородных цепей [3]. Одним из известных способов повышения молекулярной массы ПАА является процесс его модификации (сшивка макроцепей) за счет использования различных модификаторов [7]. Однако получение образцов новых высокоэффективных флокулянтов ограничивается наличием эффективных модификаторов. Их поиск в настоящее время постоянно продолжается.

Пример 1 (исходный ПАА). По точной навеске готовился 0,5%-ный водный раствор ПАА объемом 100 мл из порошка флокулянта марки Магнафлок-345 английской фирмы Ciba и определяли скорость осаждения модельной глиняной суспензии и степень ее осветления.

Пример 2 (прототип). Готовили из порошка водный раствор ПАА 0,5%-ный. Добавляли композицию на основе ПАА, включающую воду и модифицирующий агент - мочевину, при следующем соотношении компонентов, вес. %: полиакриламид 0,5-0,7; мочевина 0,15-0,3; вода - остальное.

Добавляли 2 мл 0,15%-ного раствора флокулянта и размешивали суспензию шестикратным опрокидованием цилиндров.

Определяли скорость осаждения флокулированной суспензии и степень ее осветления.

Пример 3 (по предлагаемому способу). Готовился 0,5%-ный водный раствор ПАА марки Магнафлок-345 английской фирмы Ciba с добавлением смеси модификаторов ПГ и мочевины. Соотношение компонентов, %: флокулянт 0,5; ПГ 0,1; мочевина 0,05; вода - остальное.

Добавляли 0,5 мл модифицированного раствора флокулянта (0,1%) в модельную глиняную суспензию и проводили трехкратное перемешивание раствора в цилиндре.

Определяли скорость осаждения модельной глиняной суспензии, степень ее осветления и остаточное содержание твердой фазы в сливе.

Результаты проведенных испытаний представлены в таблице.

Из данных эксперимента следует, что скорость осаждения модельной глиняной суспензии модифицированным ПАА в 2 раза больше, чем в прототипе. Степень осветления раствора увеличивается на 1%, а остаточное содержание твердой фазы в сливе понижается на 1%, тем самым свидетельствует, что использование модифицированного ПАА в процессе очистки дает несомненный положительный эффект как для ускорения процесса флокуляции, так и для улучшения качества осветления сточных вод.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вейцер, Ю.И. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки природных и сточных вод / Ю.И. Вейцер, Д.М. Минц. - М.: Стройиздат, 1984. - 200 с.

2. 3апольский, А.К. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды. Свойства. Получение. Применение / А.К. Запольский, А.А. Баран. - Л.: Химия, 1987. - 167 с.

3. Липатов, Ю.С. Коллоидная химия полимеров / Ю.С. Липатов. - Киев: Наук. думка, 1984. - 344 с.

4. Мягченков, В.А. Полиакриламидные флокулянты / В.А. Мягченков, А.А. Баран. - Казань: Изд-во технол. ун-та, 1998. - 288 с.

5. Авторское свидетельство СССР №1595850, кл. C08F 220/56, c02F 1/56, опубл. 1990, бюл. №36.

6. Пат. RU №2330814 С2, МКЛ³ C02F 1/56, C08L 33/26 Флокулянт на основе полиакриламида / Шевченко Т.В., Ульрих Е.В., Яковченко М.А., Амеленко В.П., Чуйков А.С., опубл. 10.08.2008, Бюл. №1 смесь ПГ ЭЦ; ПГ ПХГ; ПГ ЭЦ ПХГ

7. Шевченко, Т.В. Прикладная коллоидная химия. Флокулянты и флокуляция: монография / Т.В. Шевченко. КемТИПП. - Кемерово, 2004. - 146 с.

8. Патент RU №2350635 С2, МКЛ³ C08L 33/26, C08J 3/205, C02F 1/56, B01D 21/01, C08F 20/56, Флокулянт на основе полиакриламида / Шевченко Т.В., Ульрих Е.В., Яковченко М.А. опубл. 27.03.2009, Бюл. №9 (прототип).