ПОЛИКАРБОН ҚЫШҚЫЛДАРЫ МЕН БЕНТОНИТ САЗЫ НЕГІЗІНДЕГІ КОМПОЗИЦИЯЛАРЫНЫҢ МЕТАЛЛ ТҰЗДАРЫ ЕРІТІНДІСІНДЕГІ ІСІНГІШТІГІ

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 7 бет
Таңдаулыға:

Бұл жұмыста табиғи бейорганикалық полимер Маңырақ бентонит сазы мен полиакрил және полиметакрил қышқылдары негізіндегі химиялық тігілген композициялық гельдер алынды. Олардың ауыр металл (Ni ²⁺ және Pb ²⁺ ) тұздарының ерітінділеріндегі ісінгіштік қасиеті зерттеліп, гельдердің ісіну қабілеті құрамдастарының мөлшері, металл тұздары ерітіндісінің концентрациясы, рН және температураға тәуелді өзгеріп отыратындығы анықталды.

Саршешева А. М., Қайралапова Г., Жұмағалиева Ш. Н., Бейсебеков М. Қ., Әбілов Ж. А.

Кіріспе. Соңғы жылдары ПКМ бағытындағы зерттеулер өндірістік ағын суларды тазалауда полимер-сазды композиттерді қолданудың маңызы зор екенін көрсетіп отыр. Құрамында кремний бар жоғары молекулалы қосылыстар механикалық беріктілікпен және радияцияға тұрақтылықпен қоса жоғары термотұрақтылықты үйлестіреді. Композициялық полимерлік материалдардың, оның ішінде полимер-саз композициялық гельдердің, ағын суларды ауыр металл иондарынан тазартуда маңызы зор. Осы мақсатта полимер және саз негізіндегі композициялық гель алу үшін негізгі компоненттер ретінде Маңырақ жерінің бентонит сазы және поликарбон қышқылы алынды. Аталған синтетикалық және табиғи полимерлердің әрқайсысын жеке қарастырғанда бұл материалдардың артықшылықтарымен қатар өздеріне тән кемшіліктері де бар. Айталық, органикалық гельдерге механикалық, термиялық беріктігінің төмендігі тән болса, бентонит сазының кемшілігі құрылым түзу қабілетінің төмендігі, сонымен қатар, ісінгіштік, десорбциялық және т. б. қасиеттеріне байланысты кемшіліктер. Композициялық гель құрамындағы бентонит сазы мен поликарбон қышқылының таңдалу себептері, поликарбон қышқылдары полианиондарға жатады, яғни теріс зарядты. Ал бентонит сазы, әдеби мәліметтерге [1, 2] және зерттеу нәтижелеріне жүгінсек, теріс зарядты бөлшектерден тұратыны белгілі, яғни екі құрамдас та аттас зарядқа ие екенін көріп тұрмыз. Олар қарама-қарсы зарядты болған жағдайда электростатикалық әрекеттесу нәтижесінде тұзды комплекс түзіліп, ерімейтін қосылыстың түзілуіне алып келер еді. Бұл композицияның біртектілігіне нұқсан келтіреді. Ал аттас зарядты композиция компоненттері бір-бірімен сутектік байланыстар, гидрофобты әрекеттесулер тәрізді бейкулондық күштер арқылы байланысуы мүмкін. Мұндай жүйе ісінгіштік қасиетін сақтауы, өзара үйлесімді және біртекті болуға тиіс. Екіншіден, бентонит сазы да, поликарбон қышқылдары (ПКҚ) да жеке-жеке алғанда беттік активті заттарды байланыстыруға қабілетті функционалды топтарға (-СООН, -ОН) және гидрофобты топтарға ие. Осы қасиеттеріне байланысты бұлардың негізіндегі материалдарды ауыр металл иондарын байланыстыруға қабілетті деп болжауға болады.

Міне, осы себептермен бұл жұмыста бентонит сазы мен поликарбон қышқылдары негізіндегі композициялық материалдар алу мүмкіндігі зерттелді. ПКМ-ға қойылатын негізгі шарт - олардың біртекті және үйлесімді, тиімділігі болғандықтан оңтайлы шарттары анықталды. Әр түрлі ішкі және сыртқы факторлардың: бентонит сазы мөлшері (1-5 мол. %), интеркаляциялаудың әсері, температура, ортаның рН-ы, иондық ерітіндінің әсерлері қарастырылды.

Тәжірибелік бөлім. Бентонит сазын дайындау . Бентонит сазы мен органикалық полимерлердің әрекеттесуін зерттеу алдында бентонит сазын тазалап, дайындау қажет. Алынатын мединициналық мақсатқа арналған композициялар сазды құм, тас, т. б. ірі дисперсті қоспалардан таза болуы керек. Жалпы, саз жыныстары әр түрлі өлшемді бөлшектерден, сазды емес басқа да минералдардан да тұрады. Маңырақ жерінен алынған қызғылт түсті бентонит сазы Д. П. Сало әдісімен [3] дистилденген суда көп қайтара шаймалау арқылы тазаланды. Саздың судағы 10 %-дық суспензиясын дайындап, түйіршіктері жоғалғанша ағаш қалақшамен жақсылап араластырылды. Араласқан суспензияны 2, 5-3 минутқа қалдырып, кейін жүзінді бөлігін декантациялайды. Түтікшені суспензияға 0, 5-1 см тереңдікке батырып, осы жолмен майда фракцияларды жинайды. Тұнбаға тағы су құйып, жақсылап араластырып, тағы 2, 0-2, 5 минутқа қалдырып, ұсақ жүзіндіні декантациялайды және тұнба үстіндегі су 1, 0-1, 5 минутта мөлдірленгенінше осылай қайталап отырады. Жуылған бөлігі де осылай өңделеді. Тек декантациялау алдында жүзінді екі минуттай ұсталды. Құм қоспасы жуылғаны екі шыны арасында үгу жолымен бақыланды.

Тек үш рет шаймалаудан кейін ғана зерттеліп отырған саз ірі бөлшектер мен құм қоспасынан арылатыны анықталды, бұл қоспалардың мөлшері 48 % - ға жетеді.

ПАҚ және ПМАҚ гельдерін синтездеу. ПАҚ және ПМАҚ гельдері акрил және метакрил қышқылдарын радикалдық сополимерлеу арқылы, тігішу агент қатысында, 10 %-дық сулы ерітіндіде, инициатор ретінде мономер массасының 0, 5 % мөлшерін құрайтын ДАҚ қатысында алынды. Тігуші агент ретінде метилен-бис-акрил-амид (МБАА) қолданылды.

Бентонит сазы мен поликарбон қышқылдарының композициялық гельдерін синтездеу. Бентонит сазының суспензиясына карбон қышқылын қосып, инициатор ретінде мономер массасының 0, 5 % мөлшерін құрайтын ДАҚ қатысында алынды. Тігуші агент ретінде метилен-бис-акрил-амид (МБАА) қолданылды. Тігуші агенттің мөлшері 0, 05-1 мол. % аралығында өзгертілді.

Полимерлеу интеркаляциялау арқылы 8 сағат бойы жүргізілді.

Түзілген гель полимерленбеген мономерлерден дистилденген суда 2-3 апта бойы жуылды. Жуудың аяқталғанын бромды сумен сапалық реакция арқылы бақыладық.

Алынған гельдердің құрамы ИҚ спектроскопия әдісімен, сканерлеуші электрондық микроскопия, сонымен қатар физика-химиялық әдістер арқылы расталды.

Гельдің ісіну дәрежесін анықтау. Гельдердің ісіну дәрежесін анықтау үшін, алынған гельдер массалары тұрақтанғанға дейін вакуумда кептірілді. Тәжірибелер үшін гельдің 0, 01г алынды. Гельдің ісіну дәрежесін тепе-теңдік ісіну әдісімен анықтап, ісінген және құрғақ гельдің салмағына қатынастары бойынша есептелді [4] :

мұнда, m - ісінген үлгі массасы,

m ₀ - құрғақ үлгі массасы,

α- ісіну дәрежесі.

Зерттеу нәтижелерін талқылау. Бентонит сазы және поликарбон қышқылдары негізіндегі химиялық тігілген композициялық материалдар алынып, құрамдас мөлшерлері әртүрлі гельдердің физика-химиялық сипаттамалары анықталды. Алынған композициялық гельдердің құрамы мен физика-химиялық сипаттамалары 1-кестеде келтірілген.

1-кесте. Гельдердің физика-химиялық сипаттамалары

Композит

БС-ПАҚ Г

БС-ПМАҚ Г

Композит: Құрамы, мас. %

БС-ПАҚ Г: 1:10

БС-ПМАҚ Г: 3:10

5:10

1:10

3:10

5:10

Композит: G, %

БС-ПАҚ Г: 80, 1

БС-ПМАҚ Г: 84, 8

98, 4

76, 4

84, 1

85, 8

Композит: A ^α , %

БС-ПАҚ Г: 8, 67

БС-ПМАҚ Г: 18, 24

29, 94

8, 67

18, 24

29, 94

Композит: ρ, г/см ³

БС-ПАҚ Г: 1, 348

БС-ПМАҚ Г: 1, 361

1, 370

1, 490

1, 543

1, 562

Композит: S, %

БС-ПАҚ Г: 7, 060

БС-ПМАҚ Г: 3, 70

1, 20

12, 32

9, 70

7, 70

Композит: j, %

БС-ПАҚ Г: 2, 80

БС-ПМАҚ Г: 2, 13

1, 93

3, 59

3, 15

2, 89

Композит: α

БС-ПАҚ Г: 150

БС-ПМАҚ Г: 99

Композит:

G - композициялық гель фракциясының шығымы, %; A ^α - композициялық гельдердің күлділігі, %; ρ - композициялық гельдердің тығыздығы, г/см ³ ; S - золь фракцияның шығымы, %; j - тігілу дәрежесі, %; α- композициялық гельдердің судағы ісінгіштігі.

Композициялық гельдердің тепе-теңдік ісіну дәрежелері саз бен полиқышқылдардың арасында жататыны және композициялардың ісіну қабілеті бойынша полиқышқылдарға жақындығы анық байқалады. Бұл құбылыс композиттердің ісіну қабілетіне, негізінен, полимерлік компоненттің жауаптылығын білдіреді. Композиттердің тепе-теңдік ісіну дәрежесі шамамен 5-6 сағатта қалыптасады. ПАҚ және ПМАҚ негізіндегі композициялық гельдердің ісіну қабілеттерін салыстыра отырып ПМАҚ негізіндегі гельдердің ПАҚ гельдеріне қарағанда ісіну дәрежелерінің төмендігін көруге болады. Полимерлік гельдердің ісіну-жиырылу қабілеттерінде электростатикалық, осмостық факторлар және сутектік, гидрофобтық әрекеттесулердің атқаратын ролі жоғары екені белгілі.

Гельдік материалдардың аса маңызды, бағалы қасиеттерінің бірі - ісіну қабілеті. Ісіну қабілеті, біріншіден, гельдердің сорбциялық қасиетін іске асырудың басты шарты болса, екіншіден, олардың ісіну қабілетінің әр түрлі факторларға сезімталдығына байланысты қасиеттерін басқарудың негізгі тетігі. Өзекті мәселелердің бірі болып отырған, ағын сулардың құрамында жиі кездесіп жүрген, никель мен қорғасын металл тұздарының ерітіндісіндегі гельдердің ісінгіштігін зерттеу басты міндетіміз болып отыр.

1-БС; 2- ПАҚ Г; 3- БС-ПАҚ Г(1:10) ; 4- БС-ПАҚ Г(3:10) ; 5- БС-ПАҚ Г(5:10) ;

1 сурет. БС-ПAҚ гельдерінің 10мкг/мл Pb(NO ₃ ) ₂ ерітіндісіндегі ісінгіштігі

1-БС; 2- ПМАҚ Г; 3- БС-ПМАҚ Г(1:10) ; 4-БС-ПМАҚ Г(3:10) ; 5- БС-ПМАҚ Г(5:10) .

2 сурет. БС-ПМАҚ гельдерінің 10мкг/мл Pb(NO ₃ ) ₂ ерітіндісіндегі ісінгіштігі

Ішкі фактор әсерін қарастыратын болсақ, әр құрамдастардың мөлшеріне байланысты ісіну кинетикасы әртүрлі болатынын cуреттерден байқауға болады. БС-ПАҚ (1:10) гелінің бөлме температурасында, 6 сағатта 10 мкг/мл NiCl ₂ ерітіндісіндегі ісіну дәрежесі 92 г/г болса, БС-ПАҚ (5:10) гелінің ісіну көрсеткіші 40 г/г. Яғни, құрамында бентонит сазының мөлшері артқан сайын композициялық гельдің ісіну дәрежесі төмендейді. Осындай заңдылықты гельдің қорғасын ерітіндісіндегі ісіну көрсеткішінен де байқауға болады (1, 2 cурет) . Бұл заңдылықтың себебі, композит құрамындағы бентонит сазының мөлшері көбейген сайын, полимердің тізбегіне бентонит сазының көбірек қамтылуының, сонымен қатар тығыздығының жоғарылау нәтижесінде, ісінгіштік азаяды. Cудағы БС-ПАҚ (3:10) және БС-ПМАҚ (3:10) композициялық гельдерінің суда ісіну дәрежесі 99, 26 г/г және 78, 51 г/г болса, никель ерітіндісіндегі ісінгіштігі 66 г/г және 44 г/г-ға тең. Қорғасын ерітіндісінде де осы заңдылық байқалады, яғни металл тұзының ерітіндісінде композициялық гельдердің ісінгіштігі судағыға қарағанда төмен болуы, композит пен металл ионы арасындағы электростатикалық байаныстың нәтижесінде болып отыр.

Электростатикалық байланыс нәтижесінде полиэлектролиттік теріс заряды бейтараптануы ісінудің электростатикалық компонентін әлсіретіп, гельдің жиырылуына әкеледі. Комплекстің тұрақтануында зор рөл атқаратын сутектік, гидрофобтық байланыстарды да жоққа шығаруға болмайды. Қорыта айтқанда, композициялық гельдің диссоциацияланбаған карбоксил, гидроксил топтары мен металл катиондары арасында сутектік байланыстар, сондай-ақ, гидрофобтық әрекеттесулер орнайды деп пайымдауға болады. Бұл құбылысты суреттегі механизм арқылы түсіндіруге болады (3 сурет) .

3 сурет. БС-ПКҚ композициялық гелінің металл иондарымен әрекеттесуі

Композициялық гельдерге концентрациясы жоғары металл иондарының шоғырлануы нәтижесінде композиттің ісіну мүмкіндігін төмендетеді. Мысалы, БС-ПАҚ (3:10) гелінің [Ni ²⁺ ] =1 мкг/мл ерітіндісіндегі ісінгіштігі 165 г/г болса, [Ni ²⁺ ] =100 мкг/мл ерітіндісіндегі ісіну дәрежесі 40 г/г болады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.