ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПОЛИМЕРОВ НА ОСНОВЕ МАЛЕИНОВОГО АНГИДРИДА

Ю.В. Агаркова А. В. Булавин

Збірка доповідей VIII міжнародної наукової конференції аспірантів і студентів "Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів"


Потребление водных ресурсов возрастает с каждым днем, но их качество не всегда соответствует нормативным требованиям. В связи с этим возникает потребность в очистке как природных вод, которые используются для нужд различных предприятий, так и сточных вод, сбрасываемых в водоемы. Для этого существуют различные методы, выбор которых обусловливается характером и степенью загрязнения сточных вод, санитарно-гигиенически-ми, технологическими и экономическими требованиями, спецификой производства.

Существует ряд методов позволяющих уменьшить содержание взвешенных частиц и коллоидно-дисперсных примесей в сточных водах. К ним относится коагуляция и флокуляция. В качестве коагулянтов используются соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой, наиболее эффективными из которых являются соли алюминия (Al2(SO4)3*18H2O, NaAlO2 и др.) и железа (Fe2(SO4)3, FeCl3).

Флокулянтами являются высокомолекулярные соединения органической и неорганической природы. Однако все они должны быть растворимы в воде. В тоже время подавляющее большинство существующих органических полимеров в воде не растворимы. Поэтому поиск новых водорастворимых полимеров, которые возможно было бы использовать в качестве флокулянтов является актуальной задачей.

Целью данной работы являлся синтез сополимеров на основе стирола и малеинового ангидрида, определение характеристик полученного полимера, а также перевод его в растворимое состояние.

Сополимеризация стирола (СТ) и малеинового ангидрида (МА) протекает по свободно-радикальному механизму. При полимеризации в блоке для этих мономеров наблюдается гель-эффект. Поэтому для получения продукта с однородным молекулярно-массовым распределением полимеризация проводилась в растворе. В качестве растворителя использовался диоксан. Исходное соотношение мономеров (моль%) СТ:МА - 1:1, концентрация мономеров в растворе 20% (мас). В качестве инициатора использовался азоизобутиронитрил (АИБН) с концентрацией в растворе 0,8% (мас).

Синтез и исследование полученного продукта проводился в ИнФОУ НАН Украины, в отделе радикальных процессов.

Синтез протекает следующим образом: к раствору малеинового ангидрида в диоксане прибавляют стирол и всю смесь продувают инертным газом – азотом для удаления из систе-мы кислорода. В небольшом количестве диоксана растворяли порошкообразный инициатор, который по каплям в течение часа добавляли к раствору в колбе при непрерывном перемешевании. Синтез проводится в термостате при постоянной температуре 80° С в колбе с механическим перемешивающим устройством. После окончания загрузки инициатора процесс продолжали еще 2 часа.

Для выделения полученного полимера из раствора проводили его осаждение в этаноле. Сушка полимера проводилась в вакуумном эксикаторе при остаточном давлении 20 мм рт.ст. до постоянной массы.

Исходя из массы загруженной мономерной смеси и количества образовавшегося полимера, нами определена степень конверсии, которая составила 32%.

Молярную массу полученного сополимера определяли методом вискозиметрии с использованием вискозиметра Уббелоде. Опыт проводился при температуре 30° С, в качестве растворителя использовался ацетон. На основании проведенных исследований была получена характеристическая вязкость полимера [n], которая составила 0,213. Расчет молекулярной массы Мn проводился по известной формуле Марка-Куна-Хаувинка:

[n] = К * 10-5 * Мna,

где К и a – константы, которые для сополимера СТ-МА в растворителя ацетоне и температуре 30° С равны 8,69 и 0,74.

Рассчитанная по предложенному уравнению молярная масса составила 38018.

Для определения состава сополимера применялось потенциометрическое титрование. Титрование проводится на иономере универсальном ЭВ – 74, в присутствие стеклянного и хлоридкалиевого электродов. Навеску стиромаля растворяли в дистиллированной воде, а затем полученный раствор титровали 0,1 н раствором NaOH. Результаты опыта показали, что в синтезированном соединении МА содержится 35,7% (мас).

При растворении сополимера в воде малеиновый ангидрид, который содержиться в макромолекулярной цепи переходит в малеиновую кислоту.

Подтверждением представленного механизма реакции является довольно резкое уменьшение рН среды. Для получения водоростворимой формы процесс растворения исходного полимера проводили в щелочи NaOH с концентрацией 0,16%.

Таким образом, нами получен сополимер СТ-МА с концентрацией в растворе 4,5 г/дм3.

Наличие групп СОО- позволяет предположить, что такой флокулянт можно отнести к анионному типу.

Эффективность работы флокулянта зависит от природы частиц твердой фазы, от растворенных в исследуемой воде примесей, от количества дозы флокулянта и его молеку-лярной массы, от pH и температуры воды, от последовательности введения коагулянта и флокулянта в очищаемую воду. Оптимальный подбор дозы и условий является довольно сложной проблемой.

Нами проведены предварительные опыты по определению флокулирующей способности полученного полимера.

Для замутнения воды использовался каолин - в 5 дм,3 исходной воды растворили 1 г каолина; цветность создавалась путем добавления в воду дихромат-кобальтового раствора (по 20 см3 на 1 дм3). Исследуемая вода имела следующие характеристики: исходная мутность составляла 3294 мг/дм3, цветность - 110 градусов цветности. Мутность и цветность воды определялись фотоэлектро-колориметрическим методом.

В ходе исследование наблюдалось снижение оптической плотности растворов. Однако было обнаружено, что конечная мутность не зависит от дозы флокулянта и составляет 2645 ± 200 мг/дм3 при увеличении дозы полимера до 15,0 см3 на 1 дм3 исходной воды.

Неожиданным является также обнаруженный эффект увеличения цветности растворов, которое носит сложный характер, но в целом наблюдается тенденция увеличения цветности от 110 градусов цветности до 115 при дозе флокулянта 12,5 см3/дм3 исходной воды. Вероятно, это может свидетельствовать о протекании сложных процессов взаимодействия между полимером (кислотными группами) и соединениями, которые использовались для создания систем модельной цветности (ионы кобальта). Однако это требует дальнейших п одтверждений.




©ДонНТУ 2009 Агаркова Ю.В.