Полимеры для очистки сточных вод.
Кристофер Истмэн, Скотт Гудрич, Изабель Гартнер и Аня Мюллер
Кларксонский университет, химический факультет, Нью-Йорк
Документы представлены в Отдел экологической химии Американского химического общества Анахайме, Калифорния

Перевод Агарковой Ю. В.

ВВЕДЕНИЕ

Очистка сточных вод является важным процессом в современном обществе. Анаэробные и аэробные бактерии, естественно, используется для удаления загрязняющих веществ и примесей, содержащихся в поступающих сточных водах. Исследования показали, что такие соединения, как толуол, ионы тяжелых металлов, аммиака и хлорида натрия значительно затрудняют эффективность бактерий, участвующих в обработке сточных вод, поскольку они токсичны для бактерий [1]. Очистку сточных вод можно было бы улучшить, если эти соединения удалить, прежде чем вода будет обработана бактериями.

В форме флокулянтов или смол, полимеры активно используют в очистке сточных вод [5, 6]. Метод полимеризации импринтинг предлагает использовать в очистке энантиомеры, что позволяет обещать решить вопрос об эффективности обработки сточных вод. В этом случае, примеси используют в качестве шаблона для импринтинг полимеризации. Очистка сточных вод от остатка полимера и оставшихся примесей будет проводится с помощью фильтрации.

Ведутся исследования, связанные с удалением хлорида кадмия (CdCl₂), используя полиакриламид. Официально принятой в США Администрацией продуктов питания и лекарств (FDA) была доказана экологическая безопасность использования в фильтрационных мембранах для очистки воды полиакриламида [7]. Оборудование также может использоваться для сточных вод, содержащих загрязняющие гидрофобы. Для гидрофобных загрязнителей используется импринтинг полимеризации с микроэмульсией полимеризации. Рассматривается импринтинг полимеризации полиметилметакрилата в микроэмульсии, эта система состоит из воды и сульфата натрия (SDS).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Радикальная полимеризация полиакриламида происходит в атмосфере азота при комнатной температуре, инициируется с помощью растворимых в воде радикальных инициаторов AAПД (2,2 – азо-бис-(2-аминопропан)-дигидрохлорид). Поперечное компонование является гидрофильным. Были использованы 0,5, 0,3 и 0,1 мольн. % кросс-компонования. Первоначально с примесью хлорида кадмия. Эффективное количественное удаление примесей проводилось методом колоночной хроматографии. Пакет с запечатленным полиакриламидом с примесью CdCl₂ нужно вымыть с водой и CdCl₂ удаляется из полимера промыванием, определение количества полимера обеспечивается путем измерения концентрации CdCl₂ что удаляется. Для сохранения эффективной работы остаток полимера может быть измерен путем введения известной концентрации CdCl₂ на колонку. Собранную жидкость затем анализировали методом пламенной атомной абсорбции.

В микроэмульсии полимеризация инициируется водорастворимым инициатором персульфатом калия (КПС) и нагревается до 70° С в течение одного часа при постоянном перемешивании в атмосфере азота. Полимер осаждается из микроэмульсии с использованием этанола. После того, как полимер отфильтрован, промыт и высушен, был проведен ИК, ЯМР и ТГА анализ. Степень полимеризация составила: без перекрестного компонования – 80%, с – 74%.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

На рисунке 1 показано, как полимеризировался полиакриламид в присутствии и без хлорида кадмия. Была выполнена перекрестная сшивка с тремя различными концентрациями кросс компонования. 0,5 мольн. % этилен гликоля диакрилата образовали полимер, из которого импринтинг молекулы не могут быть удалены. Таким образом, 0,1 моль% было использовано в следующем исследовании. Исследования свидетельствуют о том, что молекулярная масса увеличивается с увеличением перекрестной ссылки. При кресте ссылок реакция осуществляется в присутствии CdCl₂, часть мономера полимеризуется только с низкой молекулярной массой. В результате, когда импринтинг молекула была использована, этот полимера, был распущен. Таким образом, нынешние исследования выполняются с 0,3 мольн. % перекрестного компонования.

Рисунок 1 - Спектрограмма полиакриламида

Для микроэмульсионной полимеризации с анионным ПАВ, персульфатом натрия (SDS), ИК - спектроскопия и TГА (тепловой гравиметрический анализ) данные подтвердились (рис. 2).

Рисунок 2 - Данные ИК и ТГА анализов

Дальнейшие исследования, проводимые для оценки эффективности, связанные с введением загрязнителя в микроэмульсионные системы показали следующее. При использовании дифенилтиокарбазона ртути (II) как загрязнителя, то сульфат и гидрогруппы из молекул ПАВ в мицеллах может взаимодействовать с Hg²⁺, что затрудняет импринтинг-процесс в мицеллах. Таким образом, в настоящее время, не ионные поверхностно-активные вещества находятся на рассмотрении. Молекулярный вес и пористость полимера будут оптимизированы для удаления примесей.

ВЫВОДЫ

Импринтинг полимеризация для гидрофильных и гидрофобных примесей в настоящее время разрабатывается для использования в очистке сточных вод. Молекулярные массы, плотности сшивки и пористость таких полимеров оптимизированы. Будет попытка увеличить эффективность удаления случайных полимеров различных акрилатов и акриламидов.

Ссылки

1. Nahar, N., Alauddin, M. and Quilty, B. World J. Microbiol. Biotechnol. 2000, 16, 307-311.

2. Sin, S.N., Chua, H., Lo, W. and Yu, P.H.F. Appl. Biochem. Biotechnol. 2000, 84-6, 487-500.

3. Lee, S.M., Jung, J.Y. and Chung, Y.C. Biotechnol. Lett. 2000, 22, 991-994.

4. Pollice, A., Rozzi, A., Tomei, M.C., Di Pinto, A.C. and Limoni M. Environ. Technol. 2000, 21, 535-544.

5. Liu, Y., Wang, S. and Hua, J.J. Appl. Polym. Sci. 2000, 76, 2093-2097.

6. Annesini, M., Gironi, F. and Monticelli, B. Wat. Res. 2000, 34, 2989-2996.

7. Denizli, A., Say, R. and Arica, M.Y., J. Macromol. Sci. A: Pure Appl. Chem. 2000, 37, 343-356.