ПОЛИКАРБОН ҚЫШҚЫЛДАРЫ МЕН БЕНТОНИТ САЗЫ КОМПОЗИЦИЯЛЫҚ ГЕЛЬДЕРІНІҢ БЕТТІК БЕЛСЕНДІ ЗАТТАРМЕН ӘРЕКЕТТЕСУІ
НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР
АНЫҚТАМАЛАР
БЕЛГІЛЕУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТУЛАР
КІРІСПЕ
1 ӘДЕБИ ШОЛУ
1.1 ББЗ және оларды қолдану аймақтары
1.2 Ағын суларды ластағыш заттардан тазалау әдістері
1.3 Бентонит саздарының қасиеттері
1.4 Полимерлік композициялық материалдар, алу әдістері
2 ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ
2.1 Бастапқы заттарды тазалау
2.2 ПАҚ және ПМАҚ гельдерін синтездеу
2.3 Бентонит сазы мен поликарбон қышқылдарының композициялық гельдерін синтездеу
2.4 Зерттеу әдістері
2.4.1 Потенциометрлік титрлеу
2.4.2 Гельдің ісіну дәрежесін анықтау
2.4.3 Композициялық гельдердің гель.фракция және золь.фракция шығымын анықтау
2.4.4 Диффузия коэффицентін анықтау
2.4.5 Сканерлі электрондық микроскопиялық зерттеулер
2.4.6 ИҚ . спектроскапиялық зерттеулер
2.4.7 Цетилпиридиний бромидін сандық анықтау
3 ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ
3.1 Бентонит сазы . поликарбон қышқылдары композициялық гельдерінің физика.химиялық қасиеттері
3.2 Бентонит сазы.поликарбон қышқылы негізіндегі композициялық гельдеріне цетилпиридиний бромидін имобилизациялау
3.2.1 Бентонит сазы .поликарбон қышқылы негізіндегі композициялық гельдеріне цитилпиридиний бромид ерітіндісінде ісіну кинетикасын зерттеу
3.2.2 БС.ПКҚ композициялық гельдеріне цитилпиридиний бромидін сорбциялау мөлшері
3.3 БС.ПКҚ композитінен ЦПБ.нің бөлініп шығуы
ҚОРЫТЫНДЫ
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
ҚОСЫМША А
АНЫҚТАМАЛАР
БЕЛГІЛЕУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТУЛАР
КІРІСПЕ
1 ӘДЕБИ ШОЛУ
1.1 ББЗ және оларды қолдану аймақтары
1.2 Ағын суларды ластағыш заттардан тазалау әдістері
1.3 Бентонит саздарының қасиеттері
1.4 Полимерлік композициялық материалдар, алу әдістері
2 ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ
2.1 Бастапқы заттарды тазалау
2.2 ПАҚ және ПМАҚ гельдерін синтездеу
2.3 Бентонит сазы мен поликарбон қышқылдарының композициялық гельдерін синтездеу
2.4 Зерттеу әдістері
2.4.1 Потенциометрлік титрлеу
2.4.2 Гельдің ісіну дәрежесін анықтау
2.4.3 Композициялық гельдердің гель.фракция және золь.фракция шығымын анықтау
2.4.4 Диффузия коэффицентін анықтау
2.4.5 Сканерлі электрондық микроскопиялық зерттеулер
2.4.6 ИҚ . спектроскапиялық зерттеулер
2.4.7 Цетилпиридиний бромидін сандық анықтау
3 ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ
3.1 Бентонит сазы . поликарбон қышқылдары композициялық гельдерінің физика.химиялық қасиеттері
3.2 Бентонит сазы.поликарбон қышқылы негізіндегі композициялық гельдеріне цетилпиридиний бромидін имобилизациялау
3.2.1 Бентонит сазы .поликарбон қышқылы негізіндегі композициялық гельдеріне цитилпиридиний бромид ерітіндісінде ісіну кинетикасын зерттеу
3.2.2 БС.ПКҚ композициялық гельдеріне цитилпиридиний бромидін сорбциялау мөлшері
3.3 БС.ПКҚ композитінен ЦПБ.нің бөлініп шығуы
ҚОРЫТЫНДЫ
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
ҚОСЫМША А
Бұл жұмыста табиғи бейорганикалық полимер – Маңырақ кен орнының бентонит сазы мен полиакрил және полиметакрил қышқылдары негізіндегі ағын суларды тазалауға және дәрілік заттарды тасымалдауға арналған химиялық тігілген композициялық гельдерді алу жағдайлары зерттелді.
Жұмыстың өзектілігі. Қазіргі кезде көл, өзен, теңіздердің, тіпті мұхиттардың ластануы үлкен жылдамдықпен артуда. Табиғи сулардың ластануының негізгі көздері – ауадан сіңіріліп алынған өндірістік ластағыштарды тасымалдайтын атмосфералық сулар, сонымен қатар қалалық және өндірістік ағынды сулар. Өндірістік ағынды сулар өндірістің әртүрлі салаларында түзіледі. Өндірістің дамуы және суды қолдану артқан сайын сұйық қалдықтар да өсуде. Негізгі өндірістердің ағынды суларында әртүрлі ластағыштар бар: мұнай өнімдері, БАЗ-дар, фенол және басқа да органикалық қосылыстар, ауыр металдар, цианидтер, т.б.
Соңғы он жылдықта интенсивті антропогенді әсердің нәтижесінде жер бетіндегі және жерасты суларының химиялық құрамы айтарлықтай өзгерді. Ластанаған жерасты суларының жер бетіндегі суларымен салыстырғанда жақсы қорғалғанына қарамастан БАЗ және металл тұздары судың құрамынан табылған. Әрине, үлкен қалалар мен өндірістік орталықтардың территориясына жақын жерлердегі судағы БАЗ мен металл тұздарының коцентрациясы жоғарылауда.
Аталған өзекті мәселелерді шешу мақсатында ағын суларды тазалаудың әр түрлі әдістері қолданылады. Соның ішінде сорбциялық әдістердің алатын орны ерекше. Соңғы кездері бұл мақсатта органикалық және бейорганикалық полимерлерді үйлестіру арқылы механикалық, физика-химиялық және сорбциялық қасиеттері анағұрлым жақсарған композициялық материалдарды қолданудың маңызы артып келеді.
Белгілі талаптарға сай композициялық материал алу, оның қасиеттерін алдын ала болжау үшін композициялық материал құрамдастарының өзара әрекеттесу заңдылықтарын білу қажет.
Осыған орай, соңғы бірнеше жыл көлемінде органикалық және бейорганикалық полимерлер негізінде композициялық ағынды суларды тазарту және зерттеу жұмыстары жүргізілді. Композициялық материалдар өздерінің құрамдастарының артық қасиеттерін сақтап, кемшіліктерін азайтады деген жалпы заңдылық бар. Бұл дипломдық жұмыста осы зерттеулердің бір бөлігі болып табылатын поликарбон (полиакрил, полиметакрил) қышқылдары мен бейорганикалық полимер - Маңырақ (Шығыс Қазақстан облысы) бентонит сазы негізінде химиялық тігілген органо-минералды композициялық материалдарды синтездеу, олардың ағынды суларды тазалау қабілетін зерттеуге арналды.
Жұмыстың өзектілігі. Қазіргі кезде көл, өзен, теңіздердің, тіпті мұхиттардың ластануы үлкен жылдамдықпен артуда. Табиғи сулардың ластануының негізгі көздері – ауадан сіңіріліп алынған өндірістік ластағыштарды тасымалдайтын атмосфералық сулар, сонымен қатар қалалық және өндірістік ағынды сулар. Өндірістік ағынды сулар өндірістің әртүрлі салаларында түзіледі. Өндірістің дамуы және суды қолдану артқан сайын сұйық қалдықтар да өсуде. Негізгі өндірістердің ағынды суларында әртүрлі ластағыштар бар: мұнай өнімдері, БАЗ-дар, фенол және басқа да органикалық қосылыстар, ауыр металдар, цианидтер, т.б.
Соңғы он жылдықта интенсивті антропогенді әсердің нәтижесінде жер бетіндегі және жерасты суларының химиялық құрамы айтарлықтай өзгерді. Ластанаған жерасты суларының жер бетіндегі суларымен салыстырғанда жақсы қорғалғанына қарамастан БАЗ және металл тұздары судың құрамынан табылған. Әрине, үлкен қалалар мен өндірістік орталықтардың территориясына жақын жерлердегі судағы БАЗ мен металл тұздарының коцентрациясы жоғарылауда.
Аталған өзекті мәселелерді шешу мақсатында ағын суларды тазалаудың әр түрлі әдістері қолданылады. Соның ішінде сорбциялық әдістердің алатын орны ерекше. Соңғы кездері бұл мақсатта органикалық және бейорганикалық полимерлерді үйлестіру арқылы механикалық, физика-химиялық және сорбциялық қасиеттері анағұрлым жақсарған композициялық материалдарды қолданудың маңызы артып келеді.
Белгілі талаптарға сай композициялық материал алу, оның қасиеттерін алдын ала болжау үшін композициялық материал құрамдастарының өзара әрекеттесу заңдылықтарын білу қажет.
Осыған орай, соңғы бірнеше жыл көлемінде органикалық және бейорганикалық полимерлер негізінде композициялық ағынды суларды тазарту және зерттеу жұмыстары жүргізілді. Композициялық материалдар өздерінің құрамдастарының артық қасиеттерін сақтап, кемшіліктерін азайтады деген жалпы заңдылық бар. Бұл дипломдық жұмыста осы зерттеулердің бір бөлігі болып табылатын поликарбон (полиакрил, полиметакрил) қышқылдары мен бейорганикалық полимер - Маңырақ (Шығыс Қазақстан облысы) бентонит сазы негізінде химиялық тігілген органо-минералды композициялық материалдарды синтездеу, олардың ағынды суларды тазалау қабілетін зерттеуге арналды.
1 Бойченко С.В., Швец А.В., Черняк Л.Н. Исследование кинетики процесса адсорбции паров нефтепродуктов силикагелями // Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. - 2006. - № 1. - С. 16.
2 Акимбаева А.М., Ергожин Е.Е. Оценка структурных и сорбционных характеристик активированного бентонита // Коллоид. журн. - 2007. - Т. 69. № 4. - С. 437-443.
3 Иванчев С.С., Озерин А.Н. Наноструктуры в полимерных системах // Высокомол. соед. - 2007. -Том (Б) 48. - № 8. - С. 1531-1544.
4 Евсикова О.В., Стародубцев С.Г., Хохлов А.Р. Синтез, набухание и адсорбционные свойства композитов на основе полиакриламидного геля и бентонита натрия // Высокомол. соед. - 2002. - Т. 44, № 5. - С. 802-808.
5 Харитонова Т.В., Иванова Н.И., Сумм Б.Д. Адсорбция катионного и неионогенного ПАВ на поверхности SiO2 из водных растворов. 2.Адсорбция бромида додецилпиридиния и тритона Х-100 из смешанных растворов // Коллоид. журн. 2005. - Т. 67. - С. 281.
6 Акимбаева А.М., Ергожин Е.Е. Оценка структурных и сорбционных характеристик активированного бентонита // Коллоид. журн. - 2007. - Т. 69. № 4. - С. 444-446.
7 Голубева О.Ю., Юдин В.Е., Диденко А.А., Светличный В.М., Гусарев В.В. Нанокомпозиты на основе полиимидных термопластов и магниево-силикатных частиц со структурой монтмориллонита // Журнал прикладной химии - 2007. - Т.80. - № 1. - С. 106-111.
8 Буренин В.В. Очистка производственных сточных вод от взвешенных частиц и других вредных примесей // Безопасность жизнедеятельности. 2007. - № 3. - С. 14-21.
9 Сергиенко Л.И. Инновационные технологии очистки сточных вод // Аграрная наука. 2007. - № 5. - С. 5-7.
10 Швецов В.Н., Морозова К.М., Мясников И.Н., Белевцов А.Н., Двинских Е.В. Классификатор технологий очистки сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 2004. - № 5. - С. 40.
11 Скрылев Л.Д., Калитина Л.Н. Химический анализ сточных вод. - Журнал прик. хим. - ХLI. – С. 929. – 1968.
12 Сомин В.А. Разработка технологии очистки промывных вод нанесения гальвани-ческих покрытий с использованием природных материалов [Текст]// Сомин М.А., Полетаева Л.Ф., Комарова Л.В., Шнейдер Д.Г. // Cб. статей Всероссий-ской НПК студентов и аспирантов «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки», Т.2 – Красноярск, изд-во СибГТУ, – 2009. – С. 99-103.
13 Кондратюк Е.В., Лебедев И.А., Комарова Л.Ф. Очистка сточных вод от ионов свинца на модифицированных базальтовых сорбентах // Ползуновский вестник. 2006. № 2-1.
14 Кусков А.Н., Штильман М.И., Тсатсакис А.М., Торчилин В.П., Ямсков И.А. Синтез амфифильных полимеров N-винилпирролидона и акриламида // Журнал прикладной химии. – 2005. - Т. 78. вып.5. - C. 822.
15 Жумагалиева Ш.Н., Бейсебеков М.К., Дурамбек Ж.Д., Абилов Ж.А. Подготовка и исследование комплексов монракского бентонита с лекарственными веществами // Мат. межд. конф. по аналит. химии, посвящ. 100-летию член-корр. НАН РК О.А. Сонгиной. Алматы, 2001. - С.34-35
16 Антипов Е.М., Баранников А.А., Герасин В.А., Шклярук Б.Ф., Цамалашвили Л.А., Fischer H.R., Разумовская И.В. Сткруктура и деформационное поведение нанокомпозитов на основе полипропилена и модифицированных глин // Высокомол. соед. - 2003, - Т. (А) 45, № 11, - С. 1885-1899.
17 Бейсебеков М.К., Абилов Ж.А. Дәрілік заттардың полимерлік туындылары, 2004. 179-198 с.
18 Антипов Е.М., Гусева М.А., Герасин В.А., Королев Ю.М., Ребров А.В., Fischer H.R., Разумовская И.В. Сткруктура и деформационное поведение нанокомпозитов на основе полэтилена низкой плотности и модифицированных глин // Высокомол. соед. - 2003. - T.(A ) 45. - № 11. - C. 1874-1884.
19 Перцев И.М., Башура Г.С., Халеева Л.Д., Пилипенко М.К., Чепелова Л.В. Мази. Изучение активности местно-анестезирующих веществ в основах различной химической природы // Фарм. Журн.-1976. - № 1. – С.42-46
20 Cкокова И.Ф., Юданова Т.Н., Суркова Г.В., Вирник А.Д. Получени полимерн ых материалов медицинского нанзначения, обладающих пролонгированным комбинированным биологическим действием, и изучение их своиств // Ж. Химия и химическая технология, 1998.,Т. 41.,Вып.2., - С. 77-80.
21 Лопатин В.В., Аскадский А.А., Васильев В.Г. Набухание полиакриламидных гелей медицинского назначения // Высокомол. соед. Сер А., 2005 ., Т.47., № 7. - С.1187 – 1195.
22 Акимбаева А.М. Успехи и проблемы в области полимеризации мономеров на поверхности дисперсных слоистых силикатов // Известия НАН РК. Сер. химическая. 2003. № 3. - С. 84-96.
23 Ергожин Е.Е., Акимбаева А.М., Базильбаев С.М., Бектенов Н.А., Джуспбеков У.Ж. Полимерная композиция на основе природного цеолита для получения органоминерального анионита // Пластические массы. №9. 2004. - С. 25-27.
24 Cкокова И.Ф., Юданова Т.Н., Суркова Г.В., Вирник А.Д. Получени полимерных материалов медицинского нанзначения, обладающих пролонгированным комбинированным биологическим действием, и изучение их своиств // Ж. Химия и химическая технология, 1998.,Т. 41. Вып.2. - С. 77-80.
25 Голубева О.Ю., Юдин В.Е., Диденко А.А., Светличный В.М., Гусарев В.В. Нанокомпозиты на основе полиимидных термопластов и магниево-силикатных частиц со структурой монтмориллонита // Журнал прикладной химии - 2007. - Т.80. - № 1. - С. 106-111.
26 Иванчев С.С., Озерин А.Н. Наноструктуры в полимерных системах // Высокомол. соед. - 2007. -Том (Б) 48. - № 8. - С. 1531-1544.
27 Ахмедова У.Х., Тыщенко А.А., Умирзаков Б.Э., Мухамедгалиев Б.А., Ахмеджонова Ш.Х. Октаэдрическая структура новообразований в граничных слоях композита полистирол-каолин // Пласт. массы. - 2005. -№4. - С. 26-28.
28 Бритов В.П., Богданов В.В., Николаев О.О., Туболкин А.Е. Активирующее смешение в процессах получения и модифицирования полимерных композиционных материалов // Журнал прикладной химии. – 2004. - Т.77, вып. 1. - С. 122-123.
29 Лопатин В.В., Аскадский А.А., Васильев В.Г. Набухание полиакриламидных гелей медицинского назначения // Высокомол. соед. Сер А., 2005 ., Т.47., № 7. - С.1187 – 1195.
30 Помогайло А.Д. Развитие исследований в области создания полимер иммобилизованных катализаторов // Высокомол. соед. - 2008. - Т (А) 50. -№ 12. - С. 2090-2102.
31 Иминова Р.С., Кудайбергенова Б.М., Жумагалиева Ш.Н., Бейсебеков М.К., Абилов Ж.А. Полимерные композиционные материалы. // Вестник КазГУ. Сер. Хим. – 2006. - №1 (41). – С. 61-71.
32 Свистков А.Л., Комар Л.А., Heinrich G., Yauke B. Моделирование процесса формирования слоев риентированного полимера окло частиц наполнителя в полимерных нанокомпозитах // Высокомол. соед. -2008. - Т (А) 50. - № 5. - С. 903-911.
33 Посохова В.Ф., Гапочкина Л.Л., Киреев В.В., Чуев В.П. Высоконаполненные орган-неорганические полимерные нанокомпозиты // Пласт. массы. - 2006. - № 9. - С. 10-13.
34 Ергожин Е.Е., Акимбаева А.М., Базильбаев С.М., Бектенов Н.А., Джусипбеков У.Ж. Полимерная композиция на основе природного цеолита для получения органоминерального анионита // Пласт. массы. -2004. - № 9. - С. 26-27.
35 Суздалев И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наностуктур и наноматериалов // М.: Комкнига. - 2006. – С. 592.
36 Литманович О.Е. Закономерности взаимодействий макромолекул с наночастицами металлов и псевдоматричный синтез золей полимер – металлических нанокомпозитов // Высокомол. соед., - 2008. - Т. (С) 50. -№7. - С. 1370-1397.
37 Ахмедова У.Х., Тыщенко А.А., Умирзаков Б.Э., Мухамедгалиев Б.А., Ахмеджонова Ш.Х. Октаэдрическая структура новообразований в граничных слоях композита полистирол-каолин // Пласт. массы. - 2005. -№4. - С. 26-28
38 Murthy P.S.K., Mohan Y.M., Varaprasad K., Sreedhar B.K., Raju M. Hydrogel-silver nanoparticle composites: A new generation of antimicrobials// J. Colloid Interface Sci. - 2008. - V. 318. - № 2. - P. 78.
39 Рахнянская А.А., Пебалк И.Д., Орлов В.Н., Грицкова И.А., Прокопов Н.И., Ярославов А.А. Контролируемая адсорбция-десорбция катионных полимеров на поверхности анионных латексных частиц // Высокомолекулярные соединения, Серия А, 2010, том 52, № 5, с. 761-768.
40 Dikin D. A., Kohlhaas K. M., Dommett G. H., Stankovich S., and Ruoff R. S. Scanning electron microscopy methods for analysis of polymer nanocomposites // Microsc Microanal. - 2006. - №12. - Р. 674-675.
41 Fan J., Liu S., Chen G., Qi Z. SEM study of a polystyrene/clay nanocomposite // J. App. Polym. Sci. - 2001. - Vol.83, №1. - P. 66-69.
42 Карпушкин Е.А., Зезин С.Б., Зезин А.Б. Интергелевая полиэлектролитная реакция и получение гибридных композитов на основе заряженных микрогелей и неорганических нанокристаллов. –ВМС. –Серия Б. –Т. 51. -№ 2. – С. 332-327.
43 Бейсебеков М.Қ., Әбілов Ж.Ә. Дәрілік заттардың полимерлік туындылары. –Алматы, 2004. 22-25 б.
44 Ергожин Е.Е., Акимбаева А.М., Товасаров А.Д. Синтез катионита на основе химически модицированного бентонита // Пластические массы. - 2005. - №10. - С. 27-29.
45 Тусупбекова А.А., Мансуров З.А., Баешова А.Қ. Ағынды суларды ауыр металдардан тазалау үшін қолданылатын сорбенттерді жаңа әдіспен алу // Баяндама тезистері. «Ғылым әлемі» студенттер мен жас ғалымдардың халықаралық конференциясы. Алматы, ҚазҰУ. - 2010. – Б. 299.
46 Guowei D., Adriane K., Chen X.Z., Jie C., Yinfeng L. PVP magnetic nanospheres: Biocompatibility, in vitro and in vivo bleomycin release// Int. J. Pharm. 2007. V. 328. № 1. P. 78.
47 Мамытбеков Г.К., Сарсенбаев А.С., Кожахметов С.К., Бектуров Е.А. Синтез и сорбционные свойства композиционных полимерных гидрогелей для селективного извлечения ионов урана, редких и редкоземельных металлов // Вестник КазНУ. Сер. хим. №3(59). -2010. -С. 199-202.
48 Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Одинцова О.И., Кротова М.Н., Гагина А.Н. Сорбция ионов меди целлюлозными сорбентами, модифицированными гидрофильными азотсодержащими полимерами // Журнал прикладной химии. 2010. Т. 83. Вып. 7. с. 1068- 1072.
49 Қайралапова Г.Ж. Бентонит сазы мен поликарбон қышқылдары негізіндегі жаңа органо-минералды дәрілік заттардың тасымалдаушыларын синтездеу және зерттеу // Диссертациялық жұмыс. -2009. –C. 52-53.
50 Қайралапова Г.Ж. Бентонит сазы мен поликарбон қышқылдары негізіндегі жаңа органо-минералды дәрілік заттардың тасымалдаушыларын синтездеу және зерттеу // Диссертациялық жұмыс. -2009. –C. 60
51 Бейсебеков М.Қ., Әбілов Ж.Ә. Дәрілік заттардың полимерлік туындылары. –Алматы, 2004. 67-68 б.
52 Бодроба А.С., Потёмкин И.И. Влияние размера противоионов на набухание и коллапс полиэлектролитного геля // Высокомол. соед. -2007. – Т. 49, № 6. – С. 1089-1097
53 Иминова Р.С., Кудайбергенова Б.М., Жумагалиева Ш.Н., Бейсебеков М.К., Абилов Ж.А. Полимерные композиционные материалы // Вестник КазНУ, Серия хим. - 2006. Т (41). - № 1. - С. 61-71.
54 Байғабылова Г.Ж., Есіркегенова Ш.Ж., Жұмағалиеава Ш.Н., Бейсебеков М.Қ., Әбілов Ж.Ә. Полимерлік композициялық материалдар // Вестник КазНУ, Серия хим. - 2007. Т (С) - № 4. 48. - С. 51-57.
55 Аширов А. Ионообменная очистка сточных вод, растворов и газов // Л.: Химия. - 1983. - 295 с.
56 Галимова Г.А. Использование глин в качестве адсорбентов для очистки сточных вод от ПАВ // Экологические системы и приборы. 2008. - № 1. - С. 20-22.
57 Когановский А.М. Адсорбция и ионный обмен в процессах водоподготовки и очистки сточных вод // Киев: Наук. думка. -1983. -240 с.
2 Акимбаева А.М., Ергожин Е.Е. Оценка структурных и сорбционных характеристик активированного бентонита // Коллоид. журн. - 2007. - Т. 69. № 4. - С. 437-443.
3 Иванчев С.С., Озерин А.Н. Наноструктуры в полимерных системах // Высокомол. соед. - 2007. -Том (Б) 48. - № 8. - С. 1531-1544.
4 Евсикова О.В., Стародубцев С.Г., Хохлов А.Р. Синтез, набухание и адсорбционные свойства композитов на основе полиакриламидного геля и бентонита натрия // Высокомол. соед. - 2002. - Т. 44, № 5. - С. 802-808.
5 Харитонова Т.В., Иванова Н.И., Сумм Б.Д. Адсорбция катионного и неионогенного ПАВ на поверхности SiO2 из водных растворов. 2.Адсорбция бромида додецилпиридиния и тритона Х-100 из смешанных растворов // Коллоид. журн. 2005. - Т. 67. - С. 281.
6 Акимбаева А.М., Ергожин Е.Е. Оценка структурных и сорбционных характеристик активированного бентонита // Коллоид. журн. - 2007. - Т. 69. № 4. - С. 444-446.
7 Голубева О.Ю., Юдин В.Е., Диденко А.А., Светличный В.М., Гусарев В.В. Нанокомпозиты на основе полиимидных термопластов и магниево-силикатных частиц со структурой монтмориллонита // Журнал прикладной химии - 2007. - Т.80. - № 1. - С. 106-111.
8 Буренин В.В. Очистка производственных сточных вод от взвешенных частиц и других вредных примесей // Безопасность жизнедеятельности. 2007. - № 3. - С. 14-21.
9 Сергиенко Л.И. Инновационные технологии очистки сточных вод // Аграрная наука. 2007. - № 5. - С. 5-7.
10 Швецов В.Н., Морозова К.М., Мясников И.Н., Белевцов А.Н., Двинских Е.В. Классификатор технологий очистки сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 2004. - № 5. - С. 40.
11 Скрылев Л.Д., Калитина Л.Н. Химический анализ сточных вод. - Журнал прик. хим. - ХLI. – С. 929. – 1968.
12 Сомин В.А. Разработка технологии очистки промывных вод нанесения гальвани-ческих покрытий с использованием природных материалов [Текст]// Сомин М.А., Полетаева Л.Ф., Комарова Л.В., Шнейдер Д.Г. // Cб. статей Всероссий-ской НПК студентов и аспирантов «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки», Т.2 – Красноярск, изд-во СибГТУ, – 2009. – С. 99-103.
13 Кондратюк Е.В., Лебедев И.А., Комарова Л.Ф. Очистка сточных вод от ионов свинца на модифицированных базальтовых сорбентах // Ползуновский вестник. 2006. № 2-1.
14 Кусков А.Н., Штильман М.И., Тсатсакис А.М., Торчилин В.П., Ямсков И.А. Синтез амфифильных полимеров N-винилпирролидона и акриламида // Журнал прикладной химии. – 2005. - Т. 78. вып.5. - C. 822.
15 Жумагалиева Ш.Н., Бейсебеков М.К., Дурамбек Ж.Д., Абилов Ж.А. Подготовка и исследование комплексов монракского бентонита с лекарственными веществами // Мат. межд. конф. по аналит. химии, посвящ. 100-летию член-корр. НАН РК О.А. Сонгиной. Алматы, 2001. - С.34-35
16 Антипов Е.М., Баранников А.А., Герасин В.А., Шклярук Б.Ф., Цамалашвили Л.А., Fischer H.R., Разумовская И.В. Сткруктура и деформационное поведение нанокомпозитов на основе полипропилена и модифицированных глин // Высокомол. соед. - 2003, - Т. (А) 45, № 11, - С. 1885-1899.
17 Бейсебеков М.К., Абилов Ж.А. Дәрілік заттардың полимерлік туындылары, 2004. 179-198 с.
18 Антипов Е.М., Гусева М.А., Герасин В.А., Королев Ю.М., Ребров А.В., Fischer H.R., Разумовская И.В. Сткруктура и деформационное поведение нанокомпозитов на основе полэтилена низкой плотности и модифицированных глин // Высокомол. соед. - 2003. - T.(A ) 45. - № 11. - C. 1874-1884.
19 Перцев И.М., Башура Г.С., Халеева Л.Д., Пилипенко М.К., Чепелова Л.В. Мази. Изучение активности местно-анестезирующих веществ в основах различной химической природы // Фарм. Журн.-1976. - № 1. – С.42-46
20 Cкокова И.Ф., Юданова Т.Н., Суркова Г.В., Вирник А.Д. Получени полимерн ых материалов медицинского нанзначения, обладающих пролонгированным комбинированным биологическим действием, и изучение их своиств // Ж. Химия и химическая технология, 1998.,Т. 41.,Вып.2., - С. 77-80.
21 Лопатин В.В., Аскадский А.А., Васильев В.Г. Набухание полиакриламидных гелей медицинского назначения // Высокомол. соед. Сер А., 2005 ., Т.47., № 7. - С.1187 – 1195.
22 Акимбаева А.М. Успехи и проблемы в области полимеризации мономеров на поверхности дисперсных слоистых силикатов // Известия НАН РК. Сер. химическая. 2003. № 3. - С. 84-96.
23 Ергожин Е.Е., Акимбаева А.М., Базильбаев С.М., Бектенов Н.А., Джуспбеков У.Ж. Полимерная композиция на основе природного цеолита для получения органоминерального анионита // Пластические массы. №9. 2004. - С. 25-27.
24 Cкокова И.Ф., Юданова Т.Н., Суркова Г.В., Вирник А.Д. Получени полимерных материалов медицинского нанзначения, обладающих пролонгированным комбинированным биологическим действием, и изучение их своиств // Ж. Химия и химическая технология, 1998.,Т. 41. Вып.2. - С. 77-80.
25 Голубева О.Ю., Юдин В.Е., Диденко А.А., Светличный В.М., Гусарев В.В. Нанокомпозиты на основе полиимидных термопластов и магниево-силикатных частиц со структурой монтмориллонита // Журнал прикладной химии - 2007. - Т.80. - № 1. - С. 106-111.
26 Иванчев С.С., Озерин А.Н. Наноструктуры в полимерных системах // Высокомол. соед. - 2007. -Том (Б) 48. - № 8. - С. 1531-1544.
27 Ахмедова У.Х., Тыщенко А.А., Умирзаков Б.Э., Мухамедгалиев Б.А., Ахмеджонова Ш.Х. Октаэдрическая структура новообразований в граничных слоях композита полистирол-каолин // Пласт. массы. - 2005. -№4. - С. 26-28.
28 Бритов В.П., Богданов В.В., Николаев О.О., Туболкин А.Е. Активирующее смешение в процессах получения и модифицирования полимерных композиционных материалов // Журнал прикладной химии. – 2004. - Т.77, вып. 1. - С. 122-123.
29 Лопатин В.В., Аскадский А.А., Васильев В.Г. Набухание полиакриламидных гелей медицинского назначения // Высокомол. соед. Сер А., 2005 ., Т.47., № 7. - С.1187 – 1195.
30 Помогайло А.Д. Развитие исследований в области создания полимер иммобилизованных катализаторов // Высокомол. соед. - 2008. - Т (А) 50. -№ 12. - С. 2090-2102.
31 Иминова Р.С., Кудайбергенова Б.М., Жумагалиева Ш.Н., Бейсебеков М.К., Абилов Ж.А. Полимерные композиционные материалы. // Вестник КазГУ. Сер. Хим. – 2006. - №1 (41). – С. 61-71.
32 Свистков А.Л., Комар Л.А., Heinrich G., Yauke B. Моделирование процесса формирования слоев риентированного полимера окло частиц наполнителя в полимерных нанокомпозитах // Высокомол. соед. -2008. - Т (А) 50. - № 5. - С. 903-911.
33 Посохова В.Ф., Гапочкина Л.Л., Киреев В.В., Чуев В.П. Высоконаполненные орган-неорганические полимерные нанокомпозиты // Пласт. массы. - 2006. - № 9. - С. 10-13.
34 Ергожин Е.Е., Акимбаева А.М., Базильбаев С.М., Бектенов Н.А., Джусипбеков У.Ж. Полимерная композиция на основе природного цеолита для получения органоминерального анионита // Пласт. массы. -2004. - № 9. - С. 26-27.
35 Суздалев И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наностуктур и наноматериалов // М.: Комкнига. - 2006. – С. 592.
36 Литманович О.Е. Закономерности взаимодействий макромолекул с наночастицами металлов и псевдоматричный синтез золей полимер – металлических нанокомпозитов // Высокомол. соед., - 2008. - Т. (С) 50. -№7. - С. 1370-1397.
37 Ахмедова У.Х., Тыщенко А.А., Умирзаков Б.Э., Мухамедгалиев Б.А., Ахмеджонова Ш.Х. Октаэдрическая структура новообразований в граничных слоях композита полистирол-каолин // Пласт. массы. - 2005. -№4. - С. 26-28
38 Murthy P.S.K., Mohan Y.M., Varaprasad K., Sreedhar B.K., Raju M. Hydrogel-silver nanoparticle composites: A new generation of antimicrobials// J. Colloid Interface Sci. - 2008. - V. 318. - № 2. - P. 78.
39 Рахнянская А.А., Пебалк И.Д., Орлов В.Н., Грицкова И.А., Прокопов Н.И., Ярославов А.А. Контролируемая адсорбция-десорбция катионных полимеров на поверхности анионных латексных частиц // Высокомолекулярные соединения, Серия А, 2010, том 52, № 5, с. 761-768.
40 Dikin D. A., Kohlhaas K. M., Dommett G. H., Stankovich S., and Ruoff R. S. Scanning electron microscopy methods for analysis of polymer nanocomposites // Microsc Microanal. - 2006. - №12. - Р. 674-675.
41 Fan J., Liu S., Chen G., Qi Z. SEM study of a polystyrene/clay nanocomposite // J. App. Polym. Sci. - 2001. - Vol.83, №1. - P. 66-69.
42 Карпушкин Е.А., Зезин С.Б., Зезин А.Б. Интергелевая полиэлектролитная реакция и получение гибридных композитов на основе заряженных микрогелей и неорганических нанокристаллов. –ВМС. –Серия Б. –Т. 51. -№ 2. – С. 332-327.
43 Бейсебеков М.Қ., Әбілов Ж.Ә. Дәрілік заттардың полимерлік туындылары. –Алматы, 2004. 22-25 б.
44 Ергожин Е.Е., Акимбаева А.М., Товасаров А.Д. Синтез катионита на основе химически модицированного бентонита // Пластические массы. - 2005. - №10. - С. 27-29.
45 Тусупбекова А.А., Мансуров З.А., Баешова А.Қ. Ағынды суларды ауыр металдардан тазалау үшін қолданылатын сорбенттерді жаңа әдіспен алу // Баяндама тезистері. «Ғылым әлемі» студенттер мен жас ғалымдардың халықаралық конференциясы. Алматы, ҚазҰУ. - 2010. – Б. 299.
46 Guowei D., Adriane K., Chen X.Z., Jie C., Yinfeng L. PVP magnetic nanospheres: Biocompatibility, in vitro and in vivo bleomycin release// Int. J. Pharm. 2007. V. 328. № 1. P. 78.
47 Мамытбеков Г.К., Сарсенбаев А.С., Кожахметов С.К., Бектуров Е.А. Синтез и сорбционные свойства композиционных полимерных гидрогелей для селективного извлечения ионов урана, редких и редкоземельных металлов // Вестник КазНУ. Сер. хим. №3(59). -2010. -С. 199-202.
48 Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Одинцова О.И., Кротова М.Н., Гагина А.Н. Сорбция ионов меди целлюлозными сорбентами, модифицированными гидрофильными азотсодержащими полимерами // Журнал прикладной химии. 2010. Т. 83. Вып. 7. с. 1068- 1072.
49 Қайралапова Г.Ж. Бентонит сазы мен поликарбон қышқылдары негізіндегі жаңа органо-минералды дәрілік заттардың тасымалдаушыларын синтездеу және зерттеу // Диссертациялық жұмыс. -2009. –C. 52-53.
50 Қайралапова Г.Ж. Бентонит сазы мен поликарбон қышқылдары негізіндегі жаңа органо-минералды дәрілік заттардың тасымалдаушыларын синтездеу және зерттеу // Диссертациялық жұмыс. -2009. –C. 60
51 Бейсебеков М.Қ., Әбілов Ж.Ә. Дәрілік заттардың полимерлік туындылары. –Алматы, 2004. 67-68 б.
52 Бодроба А.С., Потёмкин И.И. Влияние размера противоионов на набухание и коллапс полиэлектролитного геля // Высокомол. соед. -2007. – Т. 49, № 6. – С. 1089-1097
53 Иминова Р.С., Кудайбергенова Б.М., Жумагалиева Ш.Н., Бейсебеков М.К., Абилов Ж.А. Полимерные композиционные материалы // Вестник КазНУ, Серия хим. - 2006. Т (41). - № 1. - С. 61-71.
54 Байғабылова Г.Ж., Есіркегенова Ш.Ж., Жұмағалиеава Ш.Н., Бейсебеков М.Қ., Әбілов Ж.Ә. Полимерлік композициялық материалдар // Вестник КазНУ, Серия хим. - 2007. Т (С) - № 4. 48. - С. 51-57.
55 Аширов А. Ионообменная очистка сточных вод, растворов и газов // Л.: Химия. - 1983. - 295 с.
56 Галимова Г.А. Использование глин в качестве адсорбентов для очистки сточных вод от ПАВ // Экологические системы и приборы. 2008. - № 1. - С. 20-22.
57 Когановский А.М. Адсорбция и ионный обмен в процессах водоподготовки и очистки сточных вод // Киев: Наук. думка. -1983. -240 с.
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
ӘЛ-ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
Қорғауға жіберілді:
Органикалық химия және табиғи
қосылыстар химиясы кафедрасының
меңгерушісі, х.ғ.д., профессор
Әбілов Ж.Ә.
“__”_________ 2011
ДИПЛОМ ЖҰМЫСЫ
ПОЛИКАРБОН ҚЫШҚЫЛДАРЫ МЕН БЕНТОНИТ САЗЫ КОМПОЗИЦИЯЛЫҚ ГЕЛЬДЕРІНІҢ БЕТТІК
БЕЛСЕНДІ ЗАТТАРМЕН ӘРЕКЕТТЕСУІ
Орындаған 4 курс студенті
Тансыкбаева К. К
Ғылыми жетекші,
х.ғ.к., доцент
Жұмағалиева Ш.Н.
Норма бақылаушы
х.ғ.к.
Бұтабаева Қ.Ж.
Алматы, 2011
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫСҚА ҚОЙЫЛАТЫН ТАПСЫРМАЛАР
Зерттеу нысандары: катионды беттік активті зат – цетилпиридиний бромид,
тасымалдаушылар – бентонит сазы және поликарбон қышқылдары негізіндегі
композициялық гельдер.
Жұмыстың мақсаты: бентонит сазы-поликарбон қышқылдары (акрил және
метакрил қышқылдары) негізінде композициялық гельдерді синтездеу және
физика-химиялық қасиеттерін зерттеу. Композициялық тасымалдаушыларды ағын
судың құрамындағы катионды БАЗ-дан тазалауда қолдану мүмкіндігін зерттеу.
Дипломдық жұмысқа қойылған міндеттер:
1. Бентонит сазы мен поликарбон қышқылдары (акрил және метакрил
қышқылдары) негізінде химиялық тігілген композициялық гельдер алу.
Синтездің оңтайлы шарттарын, гельдердің физика-химиялық көрсеткіштерін
анықтау.
2. Физика-химиялық зерттеу әдістері көмегімен композициялық гель
құрамдастарының бір-бірімен байланысу табиғатын анықтау. Композициялық
гельдердің ЦПБ ерітіндісінде ісіну қабілетіне композиция құрамы,
интеркаляциялау шарты, рН, температура, иондық күш сияқты факторлардың
әсерін анықтау.
3. Алынған БС-ПКҚ композициялық гельдеріне ЦПБ-дін сорбциялық әдіспен
енгізу. Композиттердің ЦПБ-ді бойынша сорбциялау және сорбция
мөлшеріне әр түрлі ішкі және сыртқы факторларды өзгерте отырып
гельдерге ЦПБ-нің сорбциялану қабілетін анықтау.
4. Композициялық гель матрицасынан ЦПБ-нің десорбциялануын зерттеу.
Алынған композициялық материалдардың десорбциялық көрсеткішіне ішкі
және сыртқы факторлардың көмегімен ЦПБ-нің шығарылу қабілетін зерттеу.
МАЗМҰНЫ
НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР 4
АНЫҚТАМАЛАР 5
БЕЛГІЛЕУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТУЛАР 6
КІРІСПЕ 7
1 ӘДЕБИ ШОЛУ 10
1.1 ББЗ және оларды қолдану аймақтары 10
1.2 Ағын суларды ластағыш заттардан тазалау әдістері 14
1.3 Бентонит саздарының қасиеттері 18
1.4 Полимерлік композициялық материалдар, алу әдістері 22
2 ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ 30
2.1 Бастапқы заттарды тазалау 30
2.2 ПАҚ және ПМАҚ гельдерін синтездеу 30
2.3 Бентонит сазы мен поликарбон қышқылдарының композициялық 30
гельдерін синтездеу
2.4 Зерттеу әдістері 31
2.4.1 Потенциометрлік титрлеу 31
2.4.2 Гельдің ісіну дәрежесін анықтау 31
2.4.3 Композициялық гельдердің гель-фракция және золь-фракция 31
шығымын анықтау
2.4.4 Диффузия коэффицентін анықтау 32
2.4.5 Сканерлі электрондық микроскопиялық зерттеулер 32
2.4.6 ИҚ – спектроскапиялық зерттеулер 32
2.4.7 Цетилпиридиний бромидін сандық анықтау 32
3 ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ 34
3.1 Бентонит сазы – поликарбон қышқылдары композициялық гельдерінің34
физика-химиялық қасиеттері
3.2 Бентонит сазы-поликарбон қышқылы негізіндегі композициялық 45
гельдеріне цетилпиридиний бромидін имобилизациялау
3.2.1 Бентонит сазы –поликарбон қышқылы негізіндегі композициялық 46
гельдеріне цитилпиридиний бромид ерітіндісінде ісіну кинетикасын
зерттеу 50
3.2.2 БС-ПКҚ композициялық гельдеріне цитилпиридиний бромидін 54
сорбциялау мөлшері
3.3 БС-ПКҚ композитінен ЦПБ-нің бөлініп шығуы
ҚОРЫТЫНДЫ 58
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
ҚОСЫМША А 60
НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР
Бұл дипломдық жұмыста келесі стандарттарға сілтемелер келтірілген:
ГОСТ 6709-72 Вода дистиллированная.
ГОСТ 1770-74 Посуда мерная лабораторная стеклянная. Цилиндры, мензурки,
колбы, пробирки. Общие технические условия.
ГОСТ 4207-77 Реактивы. Кислота серная. Технические условия.
ГОСТ 4237-77 Реактивы. Натрий хлористый.
ГОСТ 17299-78 Спирт этиловый. Технические условия.
ГОСТ (ТУ) 25-11-34-80 Магнитная мешалка ММ-5.
ГОСТ 8.417-81 Государственная система обеспечения единства измерений.
Единицы физических величин.
ГОСТ 7.1-84 Система стандартов по информации, библиотечному и
издательскому делу. Реферат и аннотация. Общие требования.
ГОСТ 25-2021-003-88 Термометры ртутные стеклянные лабораторные.
ГОСТ 6.38-90 Унифицированные системы документации. Система
организационно-распорядительной документации. Требования к оформлению
документов.
ГОСТ 7.12-93 Система стандартов по информации, библиотечному и
издательскому делу. Библиографическая запись. Сокращения слов на русском
языке. Общие требования и правила.
ГОСТ 21283-93 Глина бентонитовая. Методы определения показателя
адсорбции и емкости, катионного обмена.
ГОСТ Р 50579-93 Материалы композиционные полимерные. Классификация.
ГОСТ Р 50583-93 Материалы композиционные полимерные. Номенклатура
показателей.
ГОСТ 7.32-2001 Система стандартов по информации библиотечному и
издательскому делу. Отчет по научно-исследовательский работе. Структура и
правила оформления.
АНЫҚТАМАЛАР
Полимерлік комплекс – полимерлердің жоғары және кіші молекулалы
қосылыстармен бейковалентті байланыстар (иондық, сутектік, гидрофобты,
вандерваальс күштері) арқылы түзетін өнімдері
Комплементарлық – екі макромолекуланың бір-бірімен құрылымдық
сәйкестігі, соның нәтижесінде олардың әрекеттесуі. Мысалы, ДНҚ-ның екі
тізбегінің қосақтасуы, ферменттің субстратпен, антигеннің антиденемен
байланысуы.
Коллапс - сыртқы орта факторларының әсерінен гель көлемінің күрт
кішіреюі
Конформация – полимер макромолекуласының ерітінділердегі кеңістіктік
орналасуы
иммобилизация – бекіту, байланыстыру
Иондық күш – сулы ерітінділерде күшті электролиттер иондарының болуы
нәтижесінде байқалатын құбылыс
Ісіну дәрежесі – 1 г гель сіңіретін еріткіш мөлшері.
Тігілу дәрежесі – полимерлік тізбектегі көлденең тігістердің мөлшері,
әдетте, мольдік үлеспен белгіленеді.
Полимерлік гель – бір-бірімен химиялық немесе физикалық байланысқан
ұзын тізбекті макромолекулалардан тұратын, үш өлшемді кеңістік құрылымды
жоғары молекулалы қосылысытар, еріткіштің өте көп мөлшерін сіңіріп алуға
қабілетті. Еріткіш су болса –гидрогельдер деп аталады.
Полимерлік комплекс – полимерлердің жоғары және кіші молекулалы
қосылыстармен бейковалентті байланыстар (иондық, сутектік, гидрофобты,
вандерваальс күштері) арқылы түзетін өнімдері.
.
БЕЛГІЛЕУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТУЛАР
А – гельде сорбцияланған дәрілік зат мөлшері, мольг немесе %
АҚ - акрил қышқылы
АҚД – азо-бис-изомай қышқылының динитрилі
АК-29 – 2, 5диметилпиперидол-4 бензой эфирінің сукцинаты
БС – бентонит сазы
БАЗ – беттік активті зат
ББЗ – беттік белсенді зат
ДАҚ – динитрил азо-бис-май қышқылы
ин-лы – интеркаляциялы
ин-сыз – интеркаляциясыз
In situ – бір сатылы полимерлеу
ИҚ-спектр – инфрақызыл спектр
МБАА – метилен-бис-акрил-амид
МАҚ – метакрил қышқылы
ММТ - монтмориллонит
ПКМ – полимерлік композициялық материалдар
ПП – полипропилен
ПЭ – полиэтилен
ПҚ – полиқышқыл
ПАҚ – полиакрил қышқылы
ПАҚГ – полиакрил қышқылының гелі
ПМАҚ – полиметакрил қышқылы
ПАА – полиакриламид
ПВХ – поливинил хлориді
ПМАҚГ – полиметакрил қышқылының гелі
ПКҚ- поликарбон қышқылы
ПЭО – полиэтилен оксид
ПВП – поливинилпиролидон
ПВС – поливинил спирт
РХ – рихлокаин
рН – сутектік көрсеткіш
САС – сорбциялық алмасу сыйымдылығы
СЭМ – сканерлеуші электондық микроскоп
ТА – тігуші агент
ЦПБ – цетилпиридиний бромид
ЦТАБ – цетилтримитиламмоний бромид
ЦПХ – цетилпиридиний хлорид
W – полимерлік негізден (полимер ББЗ комплексінен) бөлініп шыққан зат
мөлшері, моль немесе %
( - гельдің тепе-теңдік ісіну дәрежесі
nд20- сыну көрсеткіші
( - уақыт
КІРІСПЕ
Жұмыстың жалпы сипаттамасы. Бұл жұмыста табиғи бейорганикалық полимер –
Маңырақ кен орнының бентонит сазы мен полиакрил және полиметакрил
қышқылдары негізіндегі ағын суларды тазалауға және дәрілік заттарды
тасымалдауға арналған химиялық тігілген композициялық гельдерді алу
жағдайлары зерттелді.
Жұмыстың өзектілігі. Қазіргі кезде көл, өзен, теңіздердің, тіпті
мұхиттардың ластануы үлкен жылдамдықпен артуда. Табиғи сулардың ластануының
негізгі көздері – ауадан сіңіріліп алынған өндірістік ластағыштарды
тасымалдайтын атмосфералық сулар, сонымен қатар қалалық және өндірістік
ағынды сулар. Өндірістік ағынды сулар өндірістің әртүрлі салаларында
түзіледі. Өндірістің дамуы және суды қолдану артқан сайын сұйық қалдықтар
да өсуде. Негізгі өндірістердің ағынды суларында әртүрлі ластағыштар бар:
мұнай өнімдері, БАЗ-дар, фенол және басқа да органикалық қосылыстар, ауыр
металдар, цианидтер, т.б.
Соңғы он жылдықта интенсивті антропогенді әсердің нәтижесінде жер
бетіндегі және жерасты суларының химиялық құрамы айтарлықтай өзгерді.
Ластанаған жерасты суларының жер бетіндегі суларымен салыстырғанда жақсы
қорғалғанына қарамастан БАЗ және металл тұздары судың құрамынан табылған.
Әрине, үлкен қалалар мен өндірістік орталықтардың территориясына жақын
жерлердегі судағы БАЗ мен металл тұздарының коцентрациясы жоғарылауда.
Аталған өзекті мәселелерді шешу мақсатында ағын суларды тазалаудың әр
түрлі әдістері қолданылады. Соның ішінде сорбциялық әдістердің алатын орны
ерекше. Соңғы кездері бұл мақсатта органикалық және бейорганикалық
полимерлерді үйлестіру арқылы механикалық, физика-химиялық және сорбциялық
қасиеттері анағұрлым жақсарған композициялық материалдарды қолданудың
маңызы артып келеді.
Белгілі талаптарға сай композициялық материал алу, оның қасиеттерін
алдын ала болжау үшін композициялық материал құрамдастарының өзара
әрекеттесу заңдылықтарын білу қажет.
Осыған орай, соңғы бірнеше жыл көлемінде органикалық және
бейорганикалық полимерлер негізінде композициялық ағынды суларды тазарту
және зерттеу жұмыстары жүргізілді. Композициялық материалдар өздерінің
құрамдастарының артық қасиеттерін сақтап, кемшіліктерін азайтады деген
жалпы заңдылық бар. Бұл дипломдық жұмыста осы зерттеулердің бір бөлігі
болып табылатын поликарбон (полиакрил, полиметакрил) қышқылдары мен
бейорганикалық полимер - Маңырақ (Шығыс Қазақстан облысы) бентонит сазы
негізінде химиялық тігілген органо-минералды композициялық материалдарды
синтездеу, олардың ағынды суларды тазалау қабілетін зерттеуге арналды.
Ғылыми мәселенің қазіргі жағдайын бағалау. Қәзіргі кезде ағынды суларды
тазартуға арналған біршама ғылыми жұмыстар жүргізілуде атап айтсақ, ағынды
суларды беттік активті заттардан тазарту үшін: кремнии оксиді (Т. В.
Харитонова, Н. И. Иванова, Б. Д. Сумм), полиэлектролиттік гель –
амфолиттік дендример (О. А. Новаскольцева, J. Brackman), Na+
монтмориллонит (В. А. Герасин, Е. М. Антипов ) сияқты сорбенттердің
сорбциялау қабілеттері зерттеліп жұр. Ал өзіміздің мемлекетімізде
активтелген бентонит (Акимбаев А. М., Ерғожин Е. Е.), иондық
қорғасын,модифицирленген базальт (Кондратюк Е. В., Комарова Л. Ф.),
целлюлозалық сорбенттер (Никифарова Т. Е., Гагина А. Н) алынып, сорбциялық
қабілеттерін анықтау мақсатында көптеген жұмыстар атқарылуда. Сонымен қатар
бентонит сазы-поликарбон қышқылдары негізінде композициялық
тасымалдаушыларды ағын судың құрамындағы катионды БАЗ-дан тазалауда қолдану
мүмкіндігі зерттелуде.
Жұмыстың мақсаты мен міндеттері.
1. Бентонит сазы мен поликарбон қышқылдары (акрил және метакрил
қышқылдары) негізінде химиялық тігілген композициялық гельдер алу.
Синтездің оңтайлы шарттарын, гельдердің физика-химиялық
көрсеткіштерін анықтау.
2. Физика-химиялық зерттеу әдістері көмегімен композициялық гель
құрамдастарының бір-бірімен байланысу жүйесін анықтау. Композициялық
гельдердің ЦПБ ерітіндісінде ісіну қабілетіне композиция құрамы,
интеркаляциялау шартын, рН, температура, иондық күш сияқты
факторлардың әсерін анықтау.
3. Алынған БС-ПКҚ композициялық гельдеріне ЦПБ-дін сорбциялық әдіспен
енгізу. Композиттердің ЦПБ-ді бойынша сорбциялау және сорбция
мөлшеріне әр түрлі ішкі және сыртқы факторларды өзгерте отырып
гельдерге ЦПБ-нің сорбциялану қабілетін анықтау.
4. Композициялық гель матрицасынан ЦПБ-нің десорбциялануын зерттеу.
Алынған композициялық материалдардың десорбциялық көрсеткішіне ішкі
және сыртқы факторлардың көмегімен ЦПБ-нің шығарылу қабілетін
зерттеу.
Зерттеу нысандары. Катионды беттік активті зат – цетилпиридиний бромид,
тасымалдаушылар – бентонит сазы және поликарбон қышқылдары негізіндегі
композициялық гельдер.
Ғылыми-зерттеу жұмысының ғылыми техникалық деңгейі мен метрологиялық
жабдықталуы. Ғылыми зерттеулерде элементтік анализ, сканерлеуші электрондық
микроскопия, тепе-теңдік ісіну, сорбция-десорбция, және фармакологиялық
зерттеу әдістері қолданылды. Бұл зерттеулер сканерлеуші электрондық
микроскоп JEOL JSM-6380A (Жапон), ‘Satelitte’ FTIR Mattson ИҚ-спектроскопия
(АҚШ), жүйелі түрде мемлекеттік тексерістен өтіп тұратын СФ-26
спектрофотометрі (Ресей), ЭВ-74 иономері көмегімен жүргізілді.
Жұмыстың ғылыми жаңалығы және практикалық құндылығы. Зерттеулер
нәтижесінде келесі заңдылықтар анықталды:
1. Бентонит сазы мен поликарбон қышқылдары (акрил және метакрил
қышқылдары) негізінде химиялық тігілген композициялық гельдер алынды.
Синтездің оңтайлы шарттары, гельдердің физика-химиялық көрсеткіштері
анықталды: гельдердің шығымы тігуші агент мөлшері артқан сайын
жоғарылайды. Бұл композиттің тігілу торы жиілеуімен, нәтижесінде,
композит құрамындағы бентонит сазы бөлшектерінің полимерлік тор ішіне
толығырақ енуіне байланысты. Интеркаляциялау жолымен синтезделген
композиттердің интеркаляциясыз композиттермен салыстырғанда
ісінгіштік, сорбция-десорбция т.б. қасиеттерінің жоғары болуы саздың
пакетаралық кеңістігінде мономер молекулаларының бірқалыпты таралуымен
түсіндірілді.
2. Физика-химиялық зерттеу әдістері көмегімен композициялық гель
құрамдастары бір-бірімен сутектік байланыстар жүйесі арқылы
органикалық полимер тізбегінің гидрофобтық әрекеттесулерімен
тұрақтанған комплекс түзе өзара кіріккен, үйлесімді, біртекті, ЦПБ
ерітіндісінде ісінгіш полиэлектролиттік гель түзетіні көрсетілді.
Композициялық гельдердің ЦПБ ерітіндісінде ісіну қабілетін композиция
құрамын, интеркаляциялау шартын, рН, температура, иондық күш сияқты
факторларды өзгерте отырып реттеу мүмкіндігі анықталды.
3. Алынған БС-ПКҚ композициялық гельдеріне ЦПБ-ді сорбциялық әдіспен
енгізілді. Композиттердің ЦПБ-ді бойынша сорбциялық қабілеті (60 %-ға
дейін), 1 тәулікте орнайтын сорбция мөлшерін әр түрлі ішкі және сыртқы
факторларды құбылта отырып өзгертуге болады: интеркаляциялау,
температура мен рН-тың жоғарылауы сорбцияны күшейтсе, тігуші агент
мөлшері, гидрофобтылықтың, иондық күштің артуы сорбция мөлшерін
азайтады.
4. Композициялық гель матрицасынан ЦПБ-нің десорбциялануын зерттеу арқылы
алынған гельдің шағару қабілеті бағаланды. Алынған композициялық
материалдардың десорбциялық көрсеткіші (1 тәулікте 10-12 % ЦПБ
бөлінді) және оны ішкі-сыртқы факторлардың көмегімен реттеу жолдары
анықталды.
Зерттеу нәтижелері ағын суларды беттік активті заттардан тазалауда жаңа
әдіс ретінде қолданылуы мүмкін.
Жұмыстың сынақтан өтуі. Зерттеу нәтижелері жас ғалымдардың азаматтық
қоғамның жарқын қалыптасуына Қазақстан Республикасының тәуелсіздігінің 20
жылдығына арналған ‹‹Ғалым әлемі›› атты Халықаралық конференциясында
(Алматы, 2011) баяндалды.
Жарияланымдар. Дипломдық жұмыс материалдары бойынша 1 баяндама тезисі
басылып шықты.
Дипломдық жұмыстың құрылымы мен көлемі. Дипломдық жұмыс құрамына
кіріспе, 4 бөлімшеден тұратын әдеби шолу, тәжірибелік бөлім, 5 бөлімшеден
құралған нәтижелерді талқылау, тұжырым, 57 әдеби көзден тұратын
пайдаланылған әдебиет тізімі және қосымшалар кіреді. Жұмыстың мәтіні 64
бетке басылған және оның құрамында 2 кесте мен 24 сурет бар.
1 ӘДЕБИ ШОЛУ
1.1 ББЗ және оларды қолдану аймақтары
Ағын сулар – тұрмыстық, өндірістік немесе ауылшаруашылық пайдалануында
болған, ластанған аймақтар арқылы өткен сулар. Ағынды суды тазалау – оның
құрамындағы ластағыш заттарды ыдыратуға немесе жоюға негізделген өңдеу
болып табылады. Бұл үрдісті іске асыру өте күрделі мәселе, себебі оның
құрамында табиғаты мен қасиеті жағынан әртекті қоспалар кездеседі.
Жалпы түрде химиялық ластағыштардың классификациясы:
1) биологиялық тұрақсыз органикалық қосылыстар;
2) аз уытты бейорганикалық тұздар;
3) мұнай өнімдері;
4) биогенді қосылыстар;
5) спецификалық уытты қасиеті бар заттар, соның ішінде ауыр металдар,
қатты синтетикалық биологиялық ыдырамайтын органикалық қосылыстар.
Ағын суларды катиондық БАЗ-дан тазалаудың ең тиімді жолдарының бірі
болып қатты адсорбенттермен адсорбциялау болып табылады. Адсорбенттер
ретінде химиялық таза кремний қос тотықтарын, әр түрлі кеніштердің бентонит
саздарын және марганец ферроцианидін қолдануға болады. Аталған
адсорбенттердің екі негізгі артықшылығы бар, оның бірі беттік қабатының
теріс зарядының жеткілікті мөлшердегіден жоғары дәрежеде болуы, яғни
катиондық БАЗ-ды сорбциялауда аса тиімді болып табылатын болса, екіншісі
меншікті бетінің (БЭТ бойынша) мөлшерінің қолайлылығы. Қазіргі уақытта
беттік активті заттарды (БАЗ), соның ішінде катиондық БАЗ-дар өндірісі мен
қолдану аумағы қарқынды түрде өсуде. Сонымен бірге, олардың қоршаған ортаға
қауіптілігі, атап айтқанда ағынды суларды ластауы да күннен-күнге артуда.
Өндірісте және үй шаруашылығында кең көлемде қолданылатын БАЗ-дар қатарына
триметилоктадециламмоний хлоридін (C21H46NCl), цетилпиридиний бромидін
(C21H38NBr), n-(N,N’-динонил)-дипиридиний дибромидін (C28H46N2Br2) және
тағы да басқа жатқызуға болады [1].
Беттік белсенді заттар халық шаруашылығының сан түрлі салаларында
жуғыш, ылғалдағыш, эмульсиялағыш, флотациялық агенттер, коррозия
тежегіштері, көпірткіш, солюбилизациялағыш, т.б. заттар ретінде кеңінен
қолданылады. Өте күшті бактерицидтік қасиеттеріне байланысты ББЗ медицинада
да қолданылады. Олардың ішінде медициналық практика үшін, әсіресе,
антисептикалық қасиеттері бар ББЗ маңызды. Сабындар, фенолдардың
дезинфекциялық қасиеттері, өт қышқылдары, лецитиндер, гликозидтер,
қанықпаған май қышқылдары тәрізді көптеген табиғи ББЗ медицинада бұрыннан
қолданылып келеді.
Зерттеулер бойынша, катиондық ББЗ-дың жіті улылығы LД50 (тәжірибелік
жануарлардың 50 %- ы өлетін доза) 50-500 мгкг, аниондық ББЗ – дыкі – 2-8
гкг, бейионогенді ББЗ үшін – 5-50 гкг аралығында.
Міне, осы айтылған жайларға байланысты медицинада қолданылатын ББЗ-дың
улылығын кеміту, тиімділігін арттыру қазіргі заманғы ғылымның алдында
тұрған міндеттердің бірі. Бұл тұрғыда олардың полимерлік туындыларын алудың
болашағы үлкен. Бұл мәселенің маңызы, әсіресе, соңғы кезде антибиотиктердің
әсеріне бейімделген микроорганизмдердің көбеюуіне байланысты
антибиотиктердің беделі біршама төмендегелі арта түсті.
Молекулаішілік мицеллаларда ББЗ иондарына полярлы топтарымен сыртқы су
ерітіндісіне, ал гидрофобты көмірсутек бөлігімен мицелланың ішіне
бағытталғаны энергетикалық тиімді (1 сурет).
1 сурет. ББЗ-тың полиэлектролит тізбегімен молекулаішілік мицелла түзу
сызбанұсқасы. 1 – полиэлектролит тізбегі; 2 – ББЗ молеклалары.
Полимерлер мен ББЗ-дың комбинациялары және ББЗ-дың полимерлік
туындылары негізіндегі хирургтің қолын және дененің операция жасалатын
жерін өңдеуге арналған антисептик препараттары – церигель, дегмин, дегмицид
алынды. Олардың практикалық ыңғайлылығы, күшті бактерицидтік қаиеттері
аталады.
Ион амастырғыш шайыр толтырылған бағанадан төртіншілік аммони тұзын
өткізу арқылы алынған қосылыстың антисептикалық қаситтері сыналды. Алынған
қосылыс ішек таяқшаларына қарсы өте жоғары бактерицидтік активтілік
көрсетті, бір маңызды ерекшелігі, бірнеше дүркін пайдаланғанда оның
белсенділігі азаймаған. Бұл қосылыс ауыз суды зарарсыздандыру үшін қолайлы
деп есептейді.
Ең күшті бактерицидті қасиеттерге катионактивті БАЗ-дар – төртіншілік
аммонийлі негіздердің тұздары – цетилтриметил аммоний бромиді және цетил
пиридиний хлорид ие болатыны белгілі. Олар граммо оң және граммо теріс
бактерияларға, патогенді қотырға және қотыр спораларына әсер етеді. [2].
Анионактивті БАЗ-дар әлсіз антисептиктер болып табылады, ал ионогенді
еместері бактерицидті әсерге мүлдем ие болмайды, алайда жоғары
концентрацияларында олар кейбір дәрілік заттардың бактерицидті әсерін
күшейтеді.
Катионды БАЗ-дар хирургияда операция жасайтын және жараны таңатын
бөлмелерде жарлар мен едендерді дезинфекциялаушы зат ретінде кеңінен
қолданылады. Жұмыстарда тәжірибеден өткен төртіншілк аммонийлі қсылыстар
қаптамаларға арналған материалдарды өңдеу кезінде (боялған ағаш, винилді
плиталар, терразо, линолеум және тот баспайтын темір) Staph. Aureus және
Salmonella Typhy бактерияларына қатысты жақсы дизинфекциялаушы әсерді
көрсетті [3].
Катионды БАЗ – дар іріңді процестерді емдеу кезінде инфекциямен күресу
үшін қолданылатын заттар арасында маңызды орын алады. Бензалконий хлориді
және ЦПХ концентрациясы 1:3000 және одан да төмен болғанда жаралардың
емделуін тездетеді.
Антибиотиктердің БАЗ-мен комбинациясы синергетикалық әсер көрсетеді,
антибиотиктің тканьдерге терең өтуіне үлесін қосады. Бұған қоса мұндай
комбинациялар ірннің таралуына үлесін қосады және қабынуды тудыратын
некротикалық массалардың бөлінуін жеңілдетеді [4].
Катиондық беттік активті заттарды бентонит сазымен адсорбциялау –
физикалық сипатта болса, кремний қос тотығымен адсорбциялау – химиялық
сипатта болып табылады (яғни, температураның жоғарылауына байланысты
адсорбция коэффициенті бірінші жағдайда кемісе, екіншісінде артады). Ал
марганец ферроцианидімен катиондық беттік активті адсорбциялау БАЗ-тардың
қасиетіне байланысты. Мысалы, егер БАЗ ретінде цетилпиридиний бромиді (ЦПБ)
қолданылса, адсорбент пен адсорбат арасындағы байланыс – химиялық сипатта
болады, ал триметилоктадециламмоний хлориді болса – физикалық сипатта.
Сонымен қатар, кеуекті адсорбенттермен қарама-қарсы зарядталған БАЗ-дарды
адсорбциялаған кезде адсорбент-адсорбат жүйесіндегі негізігі әрекеттесу
энергиясы электростатикалық тартылыс күштерімен сипатталатынын атап өту
керек. Осы негізгі байланыс күші катиондық БАЗ-дарды сорбциялау заңдылығын
айқындаушы болып есептеледі.
Сазды минералдар дисперсияларының қасиеттерін реттеу үшін беттік –
активті заттар кеңінен қолданылады. Аздаған мөлшерде қосылған БАЗ-дар
физико – химиялық процестер ағының және бөлу беттерінде молекулалық
әрекеттесу шарттарын, фазалық ауысулардың және бір заттың екіншіге өту
жылдамдықтарын өзгертуі мүмкін. БАЗ-дар олардың концентрациясына және
қолдану шарттарына тәуелді қарама қарсы әрекет етуі мүмкін. БАЗ әртүрлі
дисперсті орталарда, соның ішінде әсіресе сұйық және мазь тәрізді
консистенциялы болатын дәрілік жүйелердегі құрылым түзу процестеріне әсер
етеді. [5] жұмыста гидрофильді негізді дәрілік заттардың резорбциясына БАЗ-
дың әсерін зерттеу, резорбцияның максималды дәрежесі БАЗ концентрациясы 1%
болғанда қол жеткізілетінін көрсетті. БАЗ концентрациясын 3-5% дейін
жоғарылату дәрілік заттар резорбциясының төмендеуіне алып келеді, БАЗ-дың
бұдан да жоғары концентрацияларында резорбция қайтадан жоғарылайды.
БАЗ-ты бөліп алу кинетикасы уақыт өткен сайын артады және шамамен 6-7
сағат ішінде шегіне жетеді. Сонымен қатар аталған жұмыста [2] БАЗ-ты
бентонит сазымен әр түрлі жағдайларда сорбциялау заңдылықтары зерттелген.
Нәтижесінде, бентонит сазымен катиондық БАЗ-ды адсорбциялауға
температураның жоғарылауы аса әсер бермейтіндігі байқалған
Жұмыстарда асканолдан жасалған препараттардың резорбциясы басқа
қолданылатын негіздермен (вазелин, ланолин, полиэтиленоксид) салыстырыла
отырып зерттелген. БАЗ негіздеріне қоспалардың: твин 80, пентол, эмульгатор
№1, эмульгатор Т-2, резорбцияға әсері анықталған. Сульфаниламидтерді
негіздерден резорбциялауды зерттеу нәтижелері, норсульфазол, стрептоцид,
еритін және еримейтін сульфин мен альбуцид сияқты препараттар үшін ең жақсы
резорбтивті қасиеттерге полиэтиленоксид және асканол ие болатындығын және
аз дәрежеде – гидрофильді негіз, бұл қасиеттер вазелин мен ланолинде ең
нашар білінеді.
БАЗ-дың төменмолекулалы аниондары мен катиондары бар полимерлі
комплекстердің (зарядталған және зарядталмаған) түзілуіне және қасиеттеріне
көптеген әдебиеттер арналған. Бұл салада жасалған көптеген зерттеулер кері
зарядталған БАЗ бар полиэлектролитер комплекстеріне жатады. Осымен қатар
полярсыз радикалында 12-16 көміртек атомдары болатын, БАЗ-дың аниондарымен
және катиондарымен гидрофобты – модифицирленген полимерлердің бірлескен
жүйелері зерттеушілердің үлкен назарын аудартуда. Авторлардың көбісі мұндай
жүйелерде комплекстер гидрофобты ассоциация кезінде яғни полимер мен БАЗ-
дың полярсыз топтарының бірлесуі кезінде мицеллалардың формалануы арқылы
түзіледі деген қорытындыға келеді.
Соңғы онжылдықта белгілі бір жағдайларда, сулы ерітіндіде жай ионды БАЗ-
дың сфералық мицеллалары өте үлкен цилиндрлі немесе құрттәрізді
мицеллаларды түзе отырып тез өсуі жүретіндігі көрсетілген. Теорияға сәйкес
мұндай өту БАЗ молекулаларының қапталу коэфицентімен байланысты. Өтуге БАЗ
концентрациясының өсуі, электролит концентрациясының болуы немесе
жоғарылауы сонымен бірге БАЗ молекулаларының полярсыз радикалының
ұзындығының ұлғаюы үлесін қосады. Цилиндрлі мицеллалар полимерлер
ерітінділерісияқты ерітіндіде іліктіру торларын түзуге және үлкен иілгіштік
көрсетуге қабілетті. Әдебиеттерде мұндай мицеллалардың және
полиэлектролитердің судағы ерітінділерінің аналогиясы жүргізіледі.
Полимерлерге қарағанда аталған тор тірі болып табылады, яғни механикалық
әсер ету процессінде қалпына келуге және бұзылуға қабілетті. Тордың болуы
тұтқыр серпімді ерітінділердің пайда болуына алып келеді, сол себепті
мұндай БАЗ-ды тұтқырсерпімді деп атайды.
[6] жұмыста бентонит сазымен катиондық БАЗ-ды адсорбциялау заңдылықтары
келтірілген. Аталған нәтижелер бойынша, бентонит сазы мен катиондық БАЗ
теріс зарядталған монтмориллонит (ММТ) орталықтарымен электростатикалық
байланыстармен әрекеттесу нәтижесінде болған. БАЗ концентрацияның арттыру
БАЗ-дың көмірсутекті радикалдарының бір-бірімен қосылуына және сорбциондық
қабатта шоғырлануына алып келеді (шоғырлану дисперсионды ортада да жүреді
деп есептелінеді). БАЗ-тың концентрациясын жоғарылатқан сайын ММТ-тің
адсорбциялау қабілеттігі төмендейді. Бұл жағдай үш түрлі себепке байланысты
болуы мүмкін: бірінші болжам, адсорбент қабатының бетінде катиондық БАЗ-
дардың тым көп шоғырлануы, соның әсерінен тығыздалып қалуы; екінші болжам,
адсорбент бетіндегі аттас зарядталған катиондық БАЗ-дың тебілуінің
электростатикалық байланыскдан артып кетуі; үшінші болжам, адсорбция
нәтижесінде минералдың беттік қабатының зарядының өзгеруі болып табылады.
БАЗ және ақуыз қоспаларының қатысында көбіктүзуді және көбіктердің
тұрақтылығын зерттеу көптеген технологиялар үшін және құрамында табиғи
қосылыстар болатын дисперсті жүйелердің тұрақтылығы туралы фундаменталды
түсінікті дамыту үшін маңызды болып табылады. Бұдан көбіктің ақуыздармен
тұрақтанаты анықталған және ақуыздың молекулалық массасы жоғары болған
сайын ол жақсы көбіктүзгіш болады, липидтер және т.б. беттік – активті
заттардың қатысында мұндай көбіктер тұрақтылығы жиі жағдайларда төмендейді.
Құрамында бір уақытта төменмолекулалы БАЗ және ақуыздар болатын
ерітінділерден көбіктүзілуді жүргізген кезде көбіктер тұрақтылығының
төмендеу себептерін анықтау үшін микроскопиялық бос көбікті пленкалар –
көбіктердің модельдері және қоспалар моноқабаттарының реологиялық
қасиеттері зерттеледі. Жүргізілген жұмыстар нәтижелерінің негізінде
пленкаларды тұрақтандыру механизмдерінің жеке компоненттермен сәйкес
келмеуінің салдарынан төменмолекулалы БАЗ бен ақуыздардың жұқа пленкалары
тұрақты болуы мүмкін емес деген тұжырым кең таралған.
Химиялық тігілген акрил (ПАҚ) немесе метакрил қышқылдары (ПМАҚ)
негізіндегі полиэлектролитті гидрогельдер ғылыми және практикалық көзқарас
жағынан үлкен қызығушық тудырады және соңғы 20 жыл бойы активті зерттеліп
келеді. Бұл бағыт бірқатар маңыз және фундаменталды мәселелерді шешу үшін
маңызды соның ішінде әсері пролонгирленген болатын дәрілік препараттарды
жасау болып табылады. Қазіргі таңда гидрогельдердің төменмолекулалы
электролиттер ерітінділерімен әрекеттесуі жақсы зерттелген [7].
Гидрофильдік полимерлердің табиғатына сай пайда болатын – суда еритін
комплекс және ерітіндіден жеке фаза болып бөлінетін композициялық
гидрогель. Мұндай комплекстерге полиметакрил қышқылы (ПМАҚ) және полиэтилен
оксид (ПЭО) негізіндегі гидрогельдер жатады. Композициялық гидрогельдерді
қоспада 5-10% ПЭО болған жағдайда алған тиімді болып табылады. Сонымен
бірге, полиакрил қышқылы (ПАҚ) және полиакриламид (ПАА), поливинилпиролидон
(ПВП), поливинил спирт (ПВС) араларындағы интерполимерлік комплекстер
ионды байланыс есебінен құрылады, комплекс құруда синтетикалық полимерлер
де, табиғи полимерлер де қатыса алады.
1.2 Ағынды суларды ластағыш заттардан тазалау әдістері
Ағынды судың құрамында барлық өндірістердегі сияқты шикізат (ағынды су)
және дайын өнім (тазартылған су) болады және аталған мақсатқа қол жеткізу
үшін бірнеше сатылардан тұратын химиялық-технологиялық тазартуды жүргізу
қажет. Өндірістің және коммуналдық шаруашылықтың тастандыларынан ластанған
су халықты қамтамасыз етуге жарамсыз екені бәрімізге мәлім. Ол суда адам
денсаулығына кері әсер ететін бір топ заттан әртүрлі инфекциялық аурулар
туындайды. Ағынды суларды қоспалардан тазалау жүйесінде механикалық,
химиялық, биологиялық және физика-химиялық әдістері қазіргі уақытта кең
көлемде қолданыуда.
Ағынды сулар су қоймаларының ластанған суы шаруашылықта қолдануға
мүлдем келмейді, ол суды тек ішуге ғана емес, егін, тұрмыс мақсатында да
қолдануға болмайды. Осыған байланысты су қоймаларындағы суды ішуге жарамды
етіп тазарту үшін күрделі құрылымдар құрастыру қажет [8].
Су қоймаларының ластануы тазармаған ағынды суларды жіберу салдарынан
туындайды. Оларды залалсыздандыру тек гигиеналық емес, сонымен қатар халық
шаруашылық мәселесі болып табылады. Адамдардың шаруашылық әрекеттерінің
әсерінен, қазіргі уақытта табиғи сулар сапасының өзгеруінің мынадай
тенденцияларын көруге болады:
1) Қышқылданған жауын сулары жер бетінен жер қыртысының төменгі
қабатына өтіп, карбонатты және т.б. жыныстарды тез ерітеді, соның әсерінен
кальций, магний, кремний иондарының жерасты және өзен суларындағы мөлшері
көбейеді.
2) Судың атмосферадан күкірт және азот қышқылдарымен ластануы
нәтижесінде тұщы судың рН-ы төмендейді және ондағы сульфаттар мен
нитраттардың мөлшері көбейеді.
3) Табиғи суларда фосфаттардың ( 0,1мгл), нитраттардың, нитриттердің
және аммоний азоттарының көлемін арттырады.
4) Жер бетіндегі және жер астындағы сулардың ағын сулармен қосылуынан
және атмосферадан қатты қалдықтарды жуудан табиғи сулардағы тұздардың
мөлшері артады.
5) Тотығу үрдістеріне оттек шығынының тым артуы мен су қоймалары
бетінің ластануына байланысты, табиғи сулардағы оттектің мөлшері өте қатты
азаюда, атмосферадан ауаға булануы қысқарады. Суда оттек мөлшері азайған
сайын, тотықсыздану үрдістерінің жүре бастауы артады, атап айтқанда
сульфаттардың күкіртсутекке дейін тотықсыздануы қарқынды жүреді.
6) Суларда органикалық қосылыстардың, соның ішінде биологиялық тұрақты
синтетикалық БАЗ-дың, гетероорганикалық қосылыстардың және т.б. уытты,
канцерогенді және мутагендік заттардың бөлінуі көбейеді.
Ағынды суларды ластағыш заттардан тазартудың бірнеше түрлері бар,
1. Физико-химиялық әдіс. Мұнда судан суспензияланған және
эмульсияланған қоспаларды, сонымен қатар еріген органикалық және
бейорганикалық заттарды бөліп алу мүмкін болады.
2. Механикалық әдіс. Бұл әдісте қатты ерімейтін қоспаларды бөлуде
қолданылыды. Осы мақсатта фильтрлеу, тұндыру, сығу бөлшектерді ортадан
тепкіш күш әсері арқылы бөлу тәсілдері қолданылады.
3. Химиялық әдіс. Ағынды сулардағы еритін қоспаларды бөлуде
қолданылады. Бұл әдісте зиянды қоспаларды аз еритін қоспаларға айналдыратын
реагенттер пайдаланылады. Химиялық әдіске бейтараптау, тотықтыру және
тотықсыздандыру, ауыр металлдардың иондарын бөліп алу тәсілдері жатады [9].
Табиғатты қоршаған ортаны ластаудан қорғаумен табиғи ресурс ретінде
тиімді пайдалану мақсатында қайтарылып қолдану үшін ағын су құрамындағы
ластағыш заттардың түрі мен мөлшеріне қарай әртүрлі әдіспен тазаланылады.
Бұларға механикалық тұндыру, сүзу, флотация, физика-химиялық, химиялық,
биологиялық, түйдектелген әдіс жатады (2 сурет).
2 сурет. Ағын суларды тазарту қондырғысы
Технологияда ағын суларды органикалық заттардан сорбциялық үрдістерді
қолдану арқылы терең тазалау қазіргі уақытта өзекті мәселелердің бірі болып
саналады. Ластағыш заттар қатарына көбінесе еріген күйде кездесетін және
табиғи жолмен пайдаға асырылмайтын беттік активті заттар (БАЗ) жатады. БАЗ-
тың аз ғана мөлшері үлкен көлемдегі көпіршік түзілуге алып келеді, су
қоймаларындағы оттек алмасуын нашарлатады және фотосинтез үрдістерін
тежейді. БАЗ-ға тән спецификалық қасиеттер ағын суларды тазалауда үлкен
қиындықтар туғызады, әсіресе биохимиялық жолмен тазалағанда. БАЗ-тар
көптеген өндіріс орындары мен үй шаруашылығынан бөлінеді, атап айтқанда
жуғыш заттар, эмульгаторлар, бояғыш заттар, суспензиялар мен эмульсиялардың
тұрақтандырғыштары және т.б. мақсатта қолданылады.
Беттік активті заттарды, әртүрлі бояғыштарды, фенолды қосылыстарды және
тағы басқа қосылыстарды адсорбциялаудың тәжірибелік маңызы зор.
Беттік активті заттар – бүкіл әлемдегі ағын суларды ластайтын ең көп
таралған органикалық қосылыстар қатарына жатады. Қазіргі кезде көл, өзен,
теңіздердің, тіпті мұхиттардың ластануы үлкен жылдамдықпен артуда. Табиғи
сулардың ластануының негізгі көздері - ауадан сіңіріліп алынған өндірістік
тектегі ластағыштарды тасымалдайтын атмосфералық сулар, сонымен қатар
қалалық және өндірістік ағынды сулар. Өндірістік ағынды сулар өндірістің
әртүрлі салаларында түзіледі. Өндірістің дамуы және суды қолдану артқан
сайын сұйық қалдықтарда өсуде. Негізгі өндірістердің (металлургиялық
өндіріс, энергиялық машина құру, теңіздік прибор құру, ауыр машина құру,
т.б.) ағынды суларында әртүрліластағыштар бар: мұнай өнімдері, БАЗ-дар,
фенол және басқада органикалық қосылыстар, ауыр металлдар, цианидтер,
аммонийлі азот, т.б. Ластағыш заттар табиғи су түсіп судың сапалық
өзгерулеріне, яғни негізінен физикалық қасиеттерінің өзгеруіне, соның
ішінде жағымсыз иістің, дәмнің пайда болуы т.с.с., судың химиялық құрамының
өзгеруі, соның ішінде зиянды заттардың пайда болуына әкеліп соқтырады [10].
Ағын суларды катиондық БАЗ-дан тазалаудың ең тиімді жолдарының бірі болып
қатты адсорбенттермен адсорбциялау болып табылады. Адсорбенттер ретінде
химиялық таза кремний қос тотықтарын, әр түрлі кеніштердің бентонит
саздарын және марганец ферроцианидін қолдануға болады. Аталған
адсорбенттердің екі негізгі артықшылығы бар, оның бірі беттік қабатының
теріс зарядының жеткілікті мөлшердегіден жоғары дәрежеде болуы, яғни
катиондық БАЗ-ды сорбциялауда аса тиімді болып табылатын болса, екіншісі
меншікті бетінің мөлшерінің қолайлылығы [11].
Аталған өзекті мәселелерді шешу мақсатында ағын суларды тазалаудың әр
түрлі әдістері қолданылуда. Соның ішінде сорбциялық әдістердің алатын орны
ерекше. Соңғы кездері бұл мақсатта органикалық және бейорганикалық
полимерлерді үйлестіру арқылы механикалық, физика-химиялық және сорбциялық
қасиеттері анағұрлым жақсарған композициялық материалдарды қолданудың
маңызы артып келеді.
Ағынды сулардың қауіпті ластандырғыштарының бірі катионды беттік
активті зат – цетилпиридиний бромидтен (ЦПБ) тазалаушы ретінде колдану үшін
органикалық және бейорганикалық полимерлер негізіндегі композициялық
гельдердің цетилпиридиний бромидті сорбциялау және бөлініп шығу
заңдылықтары зерттелді [12]. Сорбциялық әдіс ағын суларды тереңірек
тазалаудың эффективті әдістерінің бірі болып табылады. Сорбцияның
эффективтілігі ең бірінші, сорбеттің суды көптеген бейорганикалық және
органикалық қосылыстардан, сонымен қатар басқа әдістермен жүзеге
асырлмайтын радионуклидтерден тазалай алуына негізделген. Жоғары активті
сорбенттерді қолдана отырып суды ластаушы заттардан нольдік коецентрацияға
дейін тазатуға болады. Сорбцияны суды терең тазарту кезінде қолданған
дұрыс. Сорбент барлық ұсақдисперсті заттар, беттік қабаты жетілген золдер,
көмірлер, балшықтар, шламдар және т.б. қолданылады. Сорбция процесінің
лимитирлеуші сатысы сорбцияланатын заттың диффузиясы болып табылады. Ал
кейбір жағдайларда десорбцияланған заттың кері диффузиясы болады.
Бейорганикалық сорбенттердегі сорбция процесінің механизімі молекулалық,
ионалмастырғыш қасиет көрсетуі мүмкін. Көбінесе сорбцияның аралас
механизімі жүреді. Бейорганикалық сорбенттердің ағын суларды тазалауда
қолданылуы сорбенттердің арзан болуына байланысты перспективті болып
табылады.
Сонымен қатар, ион алмастыру әдісі де қарқынды қолданылуда.
Ионалмастырғыштар ретінде көптеген материалдар алуға болады, мысалы табиғи
бентонитті саздар. Бентонит саздары онша тереңде жатпағандықтан оларды ашық
әдіспен алуға болады, бұл олардың бағасының арзан болу себебі. Бентонит
саздары негізінде жасалған сорбционды-ионалмастырғыш материалдарды атап
кетуге болады, мысалы ретінде оның базальтті талшықтар бетіне қондырылған
сорбенті. Бұндай комплекстармен БАЗ-дан ластанған ағын суларды тазалауға
болады. Бірақ аталмыш комплексті алу кезінде бентонит саздарын базальт
талшықтарына отырғызудың белгілі қиыншылықтары бар, оған қоса, алынған
комплекстің механикалық қасиеттері нашар.
Бентонит саздарының ағаш үгінділеріне отырғызылған сорбенттері де
кездеседі. Ол үшін ағаш ұнтақтары мен бентонитті араластырып пісіреді.
Бірақ бұл сорбенттердің де белгілі кемшіліктері бар, мысалы оны үш рет
регенерациялауға болады, сосын оны қайта өңдеу керек. Сондықтан, бентонит
саздарын қондырғанда каңқа қызметін атқаратын жаңа материалдарды іздестіру
қазіргі уақытта өзекті мәселе. Бұл мәселенің шешімдерінің бірі, ол үлкен
кеуектілігімен және механикалық қасиеттерімен ерекшеленетін криогельдерді
қолдану, дәлірек айтсақ, сорбенттер мен полимерлердің композициялық
криогельдерін алу [13].
1.3 Бентонит саздарының қасеттері
Саздарды ең алғашқы рет өнеркәсіптік шикізат ретінде ХIХ ғасырдың
соңында өндіріліп, зерттеле бастаған. 1875 жылы Канаданың Эдмонтон
қаласының маңында абын саздарының кен орны тіркелген.
1888 жылы АҚШ-тың Вайоминг штатында Бентон фортына жақын жерде бағалы
саз кен орны табылып, өндіріле бастады. Осыдан бастап саздарға “бентонит”
атауы қалыптаса бастады, ал оны ғылыми әдебиетке 1898 жылы В.Найт енгізген
[14].
1914 жылы Ресейде ағартқыш топырақтарды іздеу жұмыстары А.Е.Ферсман,
П.А.Замятченскийдің басшылығымен басталды [15]. Қазақстанда зерттеулер
нәтижесінде саз шикізатының бір қатар кен орындары: Маңырық, Қызылжар,
Қыңырақ және т.б ашылды. Маңырақ маңы бентониттерінің физико-химиялық
қасиеттерін тереңдей зерттеу Ш.Б.Батталованың басшылығымен 1953 жылы
басталды. Құрамында алмасқыш натрий иондарының көптігімен, ұсақ
дисперстілігімен, суда ерігіштігімен ерекшеленетін Маңырақ сазының
бентониттерге қойылатын барлық талаптарға сай екені анықталып, оларды
катализатор, адсорбенттер ретінде қолдану мүмкіндіктері ғылыми негізделді.
Саздардың қасиеттері ең бірінші кезекте химиялық құрылымымен және
кристалдық торының құрылысымен анықталды. Саз минералдары негізінен
(~90%), кремний, алюминий, магний, темір оксидтері және судан тұрады. Оның
ішіндегі басым көпшілігі – SiO2, Al2O3 және су [16].
Бентонит сазының минералды құрамына монтмориллонит кіреді, оның саздағы
мөлшері 80%. Екіншілік минералдар ретінде илмет және коалинит болады.
Сілтілік бентониттердің алмастыру кешенінде Na+ катионы басым болады.
Сондықтан олар суда күшті ісінеді, өзінің көлемін 12-16 есе үлкейтеді.
Сілтілік жер бентонитері аз ісінеді. Олардың алмасу кешенінде Мg+2 катионы
басымрақ болады.
Үш түрлі саз – каолин, гильаби және бұхаралық бентонит мазьдік негіз
ретінде зерттелген. Саздарды құрамындағы темірге, карбонаттарға, мышьякқа
және адсорбционды қабілеттіліктеріне сапалық зерттеген. Алынған мазь
негіздерінің бірнеше ай бойы сақталынуы зерттелген және саздардың бөлме
температурасы кезінде жақсы сақталатыны анықталған. Тек қана каолиннің 45-
күні қатаюы байқалған [16].
3 сурет. Саздардың құрылымдық сызбанұсқасы
Пакеттегі тетраэдрлі және октаэдрлі қабаттардың мөлшерлік қатынасына
байланысты сазды минералдар былай белгіленеді: 1:1, 2:1, 2:2 және т.б. (3
сурет). Октаэдр мен тетраэдрлер қабырғаларының әртүрлі ұзындықтарына
қарағанда жазықтықтағы қабаттардың санын шектейтін силикат қабаттарында
ішкі кернеу атом радиустары әртүрлі өлшемді элементтердің изоморфты алмасуы
салдарынан пайда болады
Изоморфты орынбасулар нәтижесінде теріс зарядталған қабаттар арасына
гидратталған алмасқыш катиондар, органикалық катиондар, су молекулалары
енуі мүмкін. Бұл кезде ортақ оттек атомдары арқылы әлсіз байланысқан
қабаттар арасы ыдырап, кеңеюі (ісінуі) тіпті жеке пакеттерге бүлініп кетуге
де барады. Идиалды, мүлтіксіз кристалға өлшемдерінің барлық үш бағытта
бірдей шексіз ісінуі тән. Ең қарапайым ауытқу кристалл өлшемдерінің
шектелуі болып табылады. Қабатта құрылымдық кристалдар жазық (тақташа,
өзекше пішінді), екі өлшемді болып келеді. Мысалы, монтмориллонит
кристалдары өте сақ, 99%-дан, астамы 0,01 мк және балықтың қабығы пішіндес.
Осының нәтижесінде монтмориллониттер суда қатты дисперстеліп, қалыңдығы
элементарлық құрылымының үлкендігіне жақын бөлшектерге оңай ыдырап кетеді.
Бентонит саздарының аса маңызды физико-химиялық қасиеттеріне ион алмасу,
адсорбция, ісіну жатады. Отандық бентониттер ішінде – Маңырақ бентонит сазы
(Шығыс Қазақстан облысы ) бұл қызғылт түсті бентонит сазын (4 сурет) Д.П.
Сало әдісімен тазаланады. Химиялық құрамы (ДФС-13), рентген–фазалық анализ
(Дрон-4-07).
Бентониттің денеге тыныштандырғыш әсері бар, сонымен қатар, көптеген
дермотологиялық формула базасы ретінде қолданылады. Бентонит сазынан
көптеген тауарлар өндіріледі. Көлденең және тік бұрғылау үшін жоғары сапалы
бентонио ұнтағын дайындайды. Бентонит сазы суды сіңіріп, ісінген кезде ашық
кеуекті болып созылады. Токсиндер осы кеңістікке электр тартылысы мен
байланыс арқылы тартылады. Бентонит сазы, сонымен қатар, гербицид пен
пестицидтер патогенді вирус арқылы жұталады. Өзінің көп мәнді беткейінің
арқасында, бентонит ағзадан токсиндермен шығады [17]. Бентонит сазы асқазан
– ішек жолдарында қоздырғыштармен байланысу арқылы күшіне дереу өтуі
мүмкін. Бентонит фармацевтикалық препараттарда толтырғыш ретінде, ылғалды
компрессор және есек жемге арналған қоздырғыш әсерін жоятын ласьондарды
дайындауда қолданылады. Медицинада бентонит металмен уланған кезде антидонт
ретінде қолданылады.
4 сурет. Бентонит сазы
Жеке гигиеналық құралдарда, бетке арналған крем құралдарының құрамында
бентонит болады. Тұрмыстық және микроэлектрондық өндірісте ультракүлгінмен
өңделген үлдір түріндегі полимер – саздық композициялар қолданылады. Мұндай
полимер – сазды үлдірлер электроникада кернеуді қайта зарядтауда,
құрылымдық байланыстыруды, герметизацияда және конфорымды жабынды жасауда
қолданылады. Ультракүлгінмен өңделген үлдірлерді қолдану тиімді, себебі
онда еріткіш қолданылмайды. Уретан акрилаты, полиэстер акрилаты және
эпоксид шайырының акрилаты негізіндегі үш түрлі негізіндегі сазды
үлдірлердің механикалық, жылулық, созылғыш және т.б қасиеттерін зерттеген
[18].
Көптеген жүйелерде созылғыш модулінің, беріктілік шегінің және шынылану
температурасының жақсаруы байқалады. Эпоксид шайырының акрилаты жүйесінде
саздың полимер матрицасымен әсерлесуі беріктілік эффектісіне әкеледі.
Механикалық қасиеттерінің жақсаруы, тек саз табиғатына ғана емес, одан
басқа полимер матрицасына, композиттердің табиғаты мен әсерлесу механизміне
де байланысты болатыны анықталды. Мұнай өндіретін және мұнай өңдейтін
өнеркәсіптерде де саз үлкен рөл атқарады. Саз мұнайдың ауыр фракциялары
үшін крекингрлеуші катализатор ретінде қолданылады. Табиғи газдарды құрғату
және ауыр көмірсутектерді крекингілеу үшін пайдаға асады. Бұл кезде
негізінен монтмориллонитті, әр түрлі қышқыл және қыздыру әсерімен
активтендірілген галлуазитті және каолинитті саздар қолданылады. Мұнай–газ
өнеркәсіптерінде терең бұрғылау кезінде бентонит сазын бұрғылау
ерітінділерін даярлау үшін қолданады. Саздар соныме қатар фильтрация
жолымен немесе жанасу прцесі арқылы мұнайды тазалау үшін қолданылады [19].
Сонымен қатар, бентонит саздарының ең үлкен артықшылығы – мүлдем
усыздығы. Саз минералдары адсорбциялық, су сіңіргіш, жара бетін бітіретін
агенттер ретінде тіс жуғыш пасталар, ұнтақтар және ішетін дәрілердің
құрамына қосылады. Тіс жуғыш пасталарда борды саздармен алмастыру тістің
эмальін зақымдауды азайтады және ауыздағы қышқылдықты кемітеді, сондай –
ақ, жоғары адсрбциялық қасиетіне байланысты жағымсыз иісті жояды. Алайда,
сілтілік сипаттағы Na – саздары ішетін дәрілердің құрамында
қолданылғанымен, теріге жағатын дәрілерге қосылмауы керек. Сілтілік заттар
теріні тітіркендіріп, қосалқы әсер етуі мүмкін. Сондықтан дерматологияда
саздың сутектік немесе триэтаноламин формаларын қолдану абзал [20].
Бентонит саздары негізінде гербицидтердің бақылаулы бөлінуін қамтамасыз
ететін препараттар алу мүмкіндігі зерттелді. Гербицидтердің сорбциялану –
десорбциялау процестері лабораториялық және далалық жағдайларда жүргізіліп,
қышқылдық өңделген саздарға қарағанда табиғи саздардың белсенділігі
анықталды.
Бентонит сазы және полиакриламид полимерлері негізінде композициялық
гельдер әр түрлі жағдайда синтезделді және олардың ісіну қабілетіне әр
түрлі факторлардың зертеледі. Тігуші агент мөлшері жоғарылаған сайын және
электролит ертіндісінде гельдердің ісіну дәрежесі төмендейтіні
көрсетіледі.Композициядағы компоненттер өзара сутектік байланыстар және
гидрофобты әрекеттесулер арқылы біртекті, үйлесімді композиция түзетіні
белгілі [21].
Сорбенттерді алу және тұтынумен байланысты болатын өндіріс салаларының
және пролонгациялық дәрілік заттарды жасаумен айналысатын медицинаның
қазіргі таңдағы даму сатысында басқа қол жетімді болатын толықтырғыштарды
іздеу керек, оларды полимерге енгізу кезінде полимердің тек қана бағасы
арзандамай сонымен қатар оның физико – химиялық, сорбционды, десорбционды
және механикалық қасиеттері жоғарылауы тиіс. Композициялық материалдарды
алу әдістерінің бірі сазды толықтырғыштар бетінде мономерлердін
полимеризациясы болып табылады.
Сазды реакциялар көптеген полимеризация реакцияларын иницирлейді және
процестің бағытын өзгерте отырып оған жанама түрде әсер етеді, осыған орай
құрылымы модификацияланған және қасиеттері ерекше болатын композициялық
жүйелерді алады. жалпы алғанда мономердің полимеризациялану процессі саз
(монмориллонит) құрылысының қабат аралық кеңістігінде өтеді.
Композиттердегі үздіксіз фаза қызметін полиакриламид, поликарбон
қышқылдары, полигидроксиэтилакрилаттар сияқты және т.б. синтетикалық
полимерлер атқара алады [22].
1.4 Полимерлік композициялық материалдар, алу әдістері
Композициялық материалдар – екі немесе одан да көп компоненттерден
тұрады, олар: жеке талшықтардан немесе басқа армирлеуші құраушылардан және
оларды байланыстырушы матрицадан, құрама компоненттері қасиеттерінің
қосындысынан жақсы спецификалық қасиеттері бар материалдар. Композиттердің
компоненттері бір-бірінде ерімеуі немесе жұтылмауы және өзара үйлесімді
болуы қажет [23].
Композициялық материалдардың оңтайла құрамын анықтау, қасиеттерін
басқару үшін олардың құрамдастарының әрекеттесу заңдылықтарын білу қажет.
Осыған байланысты, тепе-теңдік ісіну, седиментациялық анализ, электрофорез
әдістерімен аталмыш сазды полимер жүйелерінде әрекеттесу табиғаты
зерттеледі.
Композициялық материалдарды жасаудың мақсаты ұқсас немесе әртүрлі
компоненттерді біріктіре, бастапқы компоненттердің қасиеттері мен
сипаттамаларынан жақсырақ, жаңа берілген қасиеттері бар материалдарды алу
болып табылады. Осындай материалдардың пайда болуымен нақты қолдану
облыстарының қажеттіліктерін өтеу үшін қажетті композиттердің қасиеттерін
селективті түрде таңдау мүмкіндігі туды. Үнемді және қолайлы болып
табылатын композициялық материалдар қазіргі таңда ойыншық өндірісінен
бастап, ғарыштық аппараттарда қолдануға дейінгі көптеген салаларда
пайдаланылады.
Полимерлік композицияларды жасауда толтырғыш ретінде цеолиттерден басқа
қабатты силикаттар да қолданылуы мүмкін. Оларға полимерлік материалдарды
қолданатын әртүрлі салаларда полимерлік нанокомпозиттер деп аталатын
функционалды материалдардың жаңа түрлері жатады. Тағы бір композициялық
полимерлік материалды толтырғыш ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
ӘЛ-ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
Қорғауға жіберілді:
Органикалық химия және табиғи
қосылыстар химиясы кафедрасының
меңгерушісі, х.ғ.д., профессор
Әбілов Ж.Ә.
“__”_________ 2011
ДИПЛОМ ЖҰМЫСЫ
ПОЛИКАРБОН ҚЫШҚЫЛДАРЫ МЕН БЕНТОНИТ САЗЫ КОМПОЗИЦИЯЛЫҚ ГЕЛЬДЕРІНІҢ БЕТТІК
БЕЛСЕНДІ ЗАТТАРМЕН ӘРЕКЕТТЕСУІ
Орындаған 4 курс студенті
Тансыкбаева К. К
Ғылыми жетекші,
х.ғ.к., доцент
Жұмағалиева Ш.Н.
Норма бақылаушы
х.ғ.к.
Бұтабаева Қ.Ж.
Алматы, 2011
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫСҚА ҚОЙЫЛАТЫН ТАПСЫРМАЛАР
Зерттеу нысандары: катионды беттік активті зат – цетилпиридиний бромид,
тасымалдаушылар – бентонит сазы және поликарбон қышқылдары негізіндегі
композициялық гельдер.
Жұмыстың мақсаты: бентонит сазы-поликарбон қышқылдары (акрил және
метакрил қышқылдары) негізінде композициялық гельдерді синтездеу және
физика-химиялық қасиеттерін зерттеу. Композициялық тасымалдаушыларды ағын
судың құрамындағы катионды БАЗ-дан тазалауда қолдану мүмкіндігін зерттеу.
Дипломдық жұмысқа қойылған міндеттер:
1. Бентонит сазы мен поликарбон қышқылдары (акрил және метакрил
қышқылдары) негізінде химиялық тігілген композициялық гельдер алу.
Синтездің оңтайлы шарттарын, гельдердің физика-химиялық көрсеткіштерін
анықтау.
2. Физика-химиялық зерттеу әдістері көмегімен композициялық гель
құрамдастарының бір-бірімен байланысу табиғатын анықтау. Композициялық
гельдердің ЦПБ ерітіндісінде ісіну қабілетіне композиция құрамы,
интеркаляциялау шарты, рН, температура, иондық күш сияқты факторлардың
әсерін анықтау.
3. Алынған БС-ПКҚ композициялық гельдеріне ЦПБ-дін сорбциялық әдіспен
енгізу. Композиттердің ЦПБ-ді бойынша сорбциялау және сорбция
мөлшеріне әр түрлі ішкі және сыртқы факторларды өзгерте отырып
гельдерге ЦПБ-нің сорбциялану қабілетін анықтау.
4. Композициялық гель матрицасынан ЦПБ-нің десорбциялануын зерттеу.
Алынған композициялық материалдардың десорбциялық көрсеткішіне ішкі
және сыртқы факторлардың көмегімен ЦПБ-нің шығарылу қабілетін зерттеу.
МАЗМҰНЫ
НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР 4
АНЫҚТАМАЛАР 5
БЕЛГІЛЕУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТУЛАР 6
КІРІСПЕ 7
1 ӘДЕБИ ШОЛУ 10
1.1 ББЗ және оларды қолдану аймақтары 10
1.2 Ағын суларды ластағыш заттардан тазалау әдістері 14
1.3 Бентонит саздарының қасиеттері 18
1.4 Полимерлік композициялық материалдар, алу әдістері 22
2 ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ 30
2.1 Бастапқы заттарды тазалау 30
2.2 ПАҚ және ПМАҚ гельдерін синтездеу 30
2.3 Бентонит сазы мен поликарбон қышқылдарының композициялық 30
гельдерін синтездеу
2.4 Зерттеу әдістері 31
2.4.1 Потенциометрлік титрлеу 31
2.4.2 Гельдің ісіну дәрежесін анықтау 31
2.4.3 Композициялық гельдердің гель-фракция және золь-фракция 31
шығымын анықтау
2.4.4 Диффузия коэффицентін анықтау 32
2.4.5 Сканерлі электрондық микроскопиялық зерттеулер 32
2.4.6 ИҚ – спектроскапиялық зерттеулер 32
2.4.7 Цетилпиридиний бромидін сандық анықтау 32
3 ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ 34
3.1 Бентонит сазы – поликарбон қышқылдары композициялық гельдерінің34
физика-химиялық қасиеттері
3.2 Бентонит сазы-поликарбон қышқылы негізіндегі композициялық 45
гельдеріне цетилпиридиний бромидін имобилизациялау
3.2.1 Бентонит сазы –поликарбон қышқылы негізіндегі композициялық 46
гельдеріне цитилпиридиний бромид ерітіндісінде ісіну кинетикасын
зерттеу 50
3.2.2 БС-ПКҚ композициялық гельдеріне цитилпиридиний бромидін 54
сорбциялау мөлшері
3.3 БС-ПКҚ композитінен ЦПБ-нің бөлініп шығуы
ҚОРЫТЫНДЫ 58
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
ҚОСЫМША А 60
НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР
Бұл дипломдық жұмыста келесі стандарттарға сілтемелер келтірілген:
ГОСТ 6709-72 Вода дистиллированная.
ГОСТ 1770-74 Посуда мерная лабораторная стеклянная. Цилиндры, мензурки,
колбы, пробирки. Общие технические условия.
ГОСТ 4207-77 Реактивы. Кислота серная. Технические условия.
ГОСТ 4237-77 Реактивы. Натрий хлористый.
ГОСТ 17299-78 Спирт этиловый. Технические условия.
ГОСТ (ТУ) 25-11-34-80 Магнитная мешалка ММ-5.
ГОСТ 8.417-81 Государственная система обеспечения единства измерений.
Единицы физических величин.
ГОСТ 7.1-84 Система стандартов по информации, библиотечному и
издательскому делу. Реферат и аннотация. Общие требования.
ГОСТ 25-2021-003-88 Термометры ртутные стеклянные лабораторные.
ГОСТ 6.38-90 Унифицированные системы документации. Система
организационно-распорядительной документации. Требования к оформлению
документов.
ГОСТ 7.12-93 Система стандартов по информации, библиотечному и
издательскому делу. Библиографическая запись. Сокращения слов на русском
языке. Общие требования и правила.
ГОСТ 21283-93 Глина бентонитовая. Методы определения показателя
адсорбции и емкости, катионного обмена.
ГОСТ Р 50579-93 Материалы композиционные полимерные. Классификация.
ГОСТ Р 50583-93 Материалы композиционные полимерные. Номенклатура
показателей.
ГОСТ 7.32-2001 Система стандартов по информации библиотечному и
издательскому делу. Отчет по научно-исследовательский работе. Структура и
правила оформления.
АНЫҚТАМАЛАР
Полимерлік комплекс – полимерлердің жоғары және кіші молекулалы
қосылыстармен бейковалентті байланыстар (иондық, сутектік, гидрофобты,
вандерваальс күштері) арқылы түзетін өнімдері
Комплементарлық – екі макромолекуланың бір-бірімен құрылымдық
сәйкестігі, соның нәтижесінде олардың әрекеттесуі. Мысалы, ДНҚ-ның екі
тізбегінің қосақтасуы, ферменттің субстратпен, антигеннің антиденемен
байланысуы.
Коллапс - сыртқы орта факторларының әсерінен гель көлемінің күрт
кішіреюі
Конформация – полимер макромолекуласының ерітінділердегі кеңістіктік
орналасуы
иммобилизация – бекіту, байланыстыру
Иондық күш – сулы ерітінділерде күшті электролиттер иондарының болуы
нәтижесінде байқалатын құбылыс
Ісіну дәрежесі – 1 г гель сіңіретін еріткіш мөлшері.
Тігілу дәрежесі – полимерлік тізбектегі көлденең тігістердің мөлшері,
әдетте, мольдік үлеспен белгіленеді.
Полимерлік гель – бір-бірімен химиялық немесе физикалық байланысқан
ұзын тізбекті макромолекулалардан тұратын, үш өлшемді кеңістік құрылымды
жоғары молекулалы қосылысытар, еріткіштің өте көп мөлшерін сіңіріп алуға
қабілетті. Еріткіш су болса –гидрогельдер деп аталады.
Полимерлік комплекс – полимерлердің жоғары және кіші молекулалы
қосылыстармен бейковалентті байланыстар (иондық, сутектік, гидрофобты,
вандерваальс күштері) арқылы түзетін өнімдері.
.
БЕЛГІЛЕУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТУЛАР
А – гельде сорбцияланған дәрілік зат мөлшері, мольг немесе %
АҚ - акрил қышқылы
АҚД – азо-бис-изомай қышқылының динитрилі
АК-29 – 2, 5диметилпиперидол-4 бензой эфирінің сукцинаты
БС – бентонит сазы
БАЗ – беттік активті зат
ББЗ – беттік белсенді зат
ДАҚ – динитрил азо-бис-май қышқылы
ин-лы – интеркаляциялы
ин-сыз – интеркаляциясыз
In situ – бір сатылы полимерлеу
ИҚ-спектр – инфрақызыл спектр
МБАА – метилен-бис-акрил-амид
МАҚ – метакрил қышқылы
ММТ - монтмориллонит
ПКМ – полимерлік композициялық материалдар
ПП – полипропилен
ПЭ – полиэтилен
ПҚ – полиқышқыл
ПАҚ – полиакрил қышқылы
ПАҚГ – полиакрил қышқылының гелі
ПМАҚ – полиметакрил қышқылы
ПАА – полиакриламид
ПВХ – поливинил хлориді
ПМАҚГ – полиметакрил қышқылының гелі
ПКҚ- поликарбон қышқылы
ПЭО – полиэтилен оксид
ПВП – поливинилпиролидон
ПВС – поливинил спирт
РХ – рихлокаин
рН – сутектік көрсеткіш
САС – сорбциялық алмасу сыйымдылығы
СЭМ – сканерлеуші электондық микроскоп
ТА – тігуші агент
ЦПБ – цетилпиридиний бромид
ЦТАБ – цетилтримитиламмоний бромид
ЦПХ – цетилпиридиний хлорид
W – полимерлік негізден (полимер ББЗ комплексінен) бөлініп шыққан зат
мөлшері, моль немесе %
( - гельдің тепе-теңдік ісіну дәрежесі
nд20- сыну көрсеткіші
( - уақыт
КІРІСПЕ
Жұмыстың жалпы сипаттамасы. Бұл жұмыста табиғи бейорганикалық полимер –
Маңырақ кен орнының бентонит сазы мен полиакрил және полиметакрил
қышқылдары негізіндегі ағын суларды тазалауға және дәрілік заттарды
тасымалдауға арналған химиялық тігілген композициялық гельдерді алу
жағдайлары зерттелді.
Жұмыстың өзектілігі. Қазіргі кезде көл, өзен, теңіздердің, тіпті
мұхиттардың ластануы үлкен жылдамдықпен артуда. Табиғи сулардың ластануының
негізгі көздері – ауадан сіңіріліп алынған өндірістік ластағыштарды
тасымалдайтын атмосфералық сулар, сонымен қатар қалалық және өндірістік
ағынды сулар. Өндірістік ағынды сулар өндірістің әртүрлі салаларында
түзіледі. Өндірістің дамуы және суды қолдану артқан сайын сұйық қалдықтар
да өсуде. Негізгі өндірістердің ағынды суларында әртүрлі ластағыштар бар:
мұнай өнімдері, БАЗ-дар, фенол және басқа да органикалық қосылыстар, ауыр
металдар, цианидтер, т.б.
Соңғы он жылдықта интенсивті антропогенді әсердің нәтижесінде жер
бетіндегі және жерасты суларының химиялық құрамы айтарлықтай өзгерді.
Ластанаған жерасты суларының жер бетіндегі суларымен салыстырғанда жақсы
қорғалғанына қарамастан БАЗ және металл тұздары судың құрамынан табылған.
Әрине, үлкен қалалар мен өндірістік орталықтардың территориясына жақын
жерлердегі судағы БАЗ мен металл тұздарының коцентрациясы жоғарылауда.
Аталған өзекті мәселелерді шешу мақсатында ағын суларды тазалаудың әр
түрлі әдістері қолданылады. Соның ішінде сорбциялық әдістердің алатын орны
ерекше. Соңғы кездері бұл мақсатта органикалық және бейорганикалық
полимерлерді үйлестіру арқылы механикалық, физика-химиялық және сорбциялық
қасиеттері анағұрлым жақсарған композициялық материалдарды қолданудың
маңызы артып келеді.
Белгілі талаптарға сай композициялық материал алу, оның қасиеттерін
алдын ала болжау үшін композициялық материал құрамдастарының өзара
әрекеттесу заңдылықтарын білу қажет.
Осыған орай, соңғы бірнеше жыл көлемінде органикалық және
бейорганикалық полимерлер негізінде композициялық ағынды суларды тазарту
және зерттеу жұмыстары жүргізілді. Композициялық материалдар өздерінің
құрамдастарының артық қасиеттерін сақтап, кемшіліктерін азайтады деген
жалпы заңдылық бар. Бұл дипломдық жұмыста осы зерттеулердің бір бөлігі
болып табылатын поликарбон (полиакрил, полиметакрил) қышқылдары мен
бейорганикалық полимер - Маңырақ (Шығыс Қазақстан облысы) бентонит сазы
негізінде химиялық тігілген органо-минералды композициялық материалдарды
синтездеу, олардың ағынды суларды тазалау қабілетін зерттеуге арналды.
Ғылыми мәселенің қазіргі жағдайын бағалау. Қәзіргі кезде ағынды суларды
тазартуға арналған біршама ғылыми жұмыстар жүргізілуде атап айтсақ, ағынды
суларды беттік активті заттардан тазарту үшін: кремнии оксиді (Т. В.
Харитонова, Н. И. Иванова, Б. Д. Сумм), полиэлектролиттік гель –
амфолиттік дендример (О. А. Новаскольцева, J. Brackman), Na+
монтмориллонит (В. А. Герасин, Е. М. Антипов ) сияқты сорбенттердің
сорбциялау қабілеттері зерттеліп жұр. Ал өзіміздің мемлекетімізде
активтелген бентонит (Акимбаев А. М., Ерғожин Е. Е.), иондық
қорғасын,модифицирленген базальт (Кондратюк Е. В., Комарова Л. Ф.),
целлюлозалық сорбенттер (Никифарова Т. Е., Гагина А. Н) алынып, сорбциялық
қабілеттерін анықтау мақсатында көптеген жұмыстар атқарылуда. Сонымен қатар
бентонит сазы-поликарбон қышқылдары негізінде композициялық
тасымалдаушыларды ағын судың құрамындағы катионды БАЗ-дан тазалауда қолдану
мүмкіндігі зерттелуде.
Жұмыстың мақсаты мен міндеттері.
1. Бентонит сазы мен поликарбон қышқылдары (акрил және метакрил
қышқылдары) негізінде химиялық тігілген композициялық гельдер алу.
Синтездің оңтайлы шарттарын, гельдердің физика-химиялық
көрсеткіштерін анықтау.
2. Физика-химиялық зерттеу әдістері көмегімен композициялық гель
құрамдастарының бір-бірімен байланысу жүйесін анықтау. Композициялық
гельдердің ЦПБ ерітіндісінде ісіну қабілетіне композиция құрамы,
интеркаляциялау шартын, рН, температура, иондық күш сияқты
факторлардың әсерін анықтау.
3. Алынған БС-ПКҚ композициялық гельдеріне ЦПБ-дін сорбциялық әдіспен
енгізу. Композиттердің ЦПБ-ді бойынша сорбциялау және сорбция
мөлшеріне әр түрлі ішкі және сыртқы факторларды өзгерте отырып
гельдерге ЦПБ-нің сорбциялану қабілетін анықтау.
4. Композициялық гель матрицасынан ЦПБ-нің десорбциялануын зерттеу.
Алынған композициялық материалдардың десорбциялық көрсеткішіне ішкі
және сыртқы факторлардың көмегімен ЦПБ-нің шығарылу қабілетін
зерттеу.
Зерттеу нысандары. Катионды беттік активті зат – цетилпиридиний бромид,
тасымалдаушылар – бентонит сазы және поликарбон қышқылдары негізіндегі
композициялық гельдер.
Ғылыми-зерттеу жұмысының ғылыми техникалық деңгейі мен метрологиялық
жабдықталуы. Ғылыми зерттеулерде элементтік анализ, сканерлеуші электрондық
микроскопия, тепе-теңдік ісіну, сорбция-десорбция, және фармакологиялық
зерттеу әдістері қолданылды. Бұл зерттеулер сканерлеуші электрондық
микроскоп JEOL JSM-6380A (Жапон), ‘Satelitte’ FTIR Mattson ИҚ-спектроскопия
(АҚШ), жүйелі түрде мемлекеттік тексерістен өтіп тұратын СФ-26
спектрофотометрі (Ресей), ЭВ-74 иономері көмегімен жүргізілді.
Жұмыстың ғылыми жаңалығы және практикалық құндылығы. Зерттеулер
нәтижесінде келесі заңдылықтар анықталды:
1. Бентонит сазы мен поликарбон қышқылдары (акрил және метакрил
қышқылдары) негізінде химиялық тігілген композициялық гельдер алынды.
Синтездің оңтайлы шарттары, гельдердің физика-химиялық көрсеткіштері
анықталды: гельдердің шығымы тігуші агент мөлшері артқан сайын
жоғарылайды. Бұл композиттің тігілу торы жиілеуімен, нәтижесінде,
композит құрамындағы бентонит сазы бөлшектерінің полимерлік тор ішіне
толығырақ енуіне байланысты. Интеркаляциялау жолымен синтезделген
композиттердің интеркаляциясыз композиттермен салыстырғанда
ісінгіштік, сорбция-десорбция т.б. қасиеттерінің жоғары болуы саздың
пакетаралық кеңістігінде мономер молекулаларының бірқалыпты таралуымен
түсіндірілді.
2. Физика-химиялық зерттеу әдістері көмегімен композициялық гель
құрамдастары бір-бірімен сутектік байланыстар жүйесі арқылы
органикалық полимер тізбегінің гидрофобтық әрекеттесулерімен
тұрақтанған комплекс түзе өзара кіріккен, үйлесімді, біртекті, ЦПБ
ерітіндісінде ісінгіш полиэлектролиттік гель түзетіні көрсетілді.
Композициялық гельдердің ЦПБ ерітіндісінде ісіну қабілетін композиция
құрамын, интеркаляциялау шартын, рН, температура, иондық күш сияқты
факторларды өзгерте отырып реттеу мүмкіндігі анықталды.
3. Алынған БС-ПКҚ композициялық гельдеріне ЦПБ-ді сорбциялық әдіспен
енгізілді. Композиттердің ЦПБ-ді бойынша сорбциялық қабілеті (60 %-ға
дейін), 1 тәулікте орнайтын сорбция мөлшерін әр түрлі ішкі және сыртқы
факторларды құбылта отырып өзгертуге болады: интеркаляциялау,
температура мен рН-тың жоғарылауы сорбцияны күшейтсе, тігуші агент
мөлшері, гидрофобтылықтың, иондық күштің артуы сорбция мөлшерін
азайтады.
4. Композициялық гель матрицасынан ЦПБ-нің десорбциялануын зерттеу арқылы
алынған гельдің шағару қабілеті бағаланды. Алынған композициялық
материалдардың десорбциялық көрсеткіші (1 тәулікте 10-12 % ЦПБ
бөлінді) және оны ішкі-сыртқы факторлардың көмегімен реттеу жолдары
анықталды.
Зерттеу нәтижелері ағын суларды беттік активті заттардан тазалауда жаңа
әдіс ретінде қолданылуы мүмкін.
Жұмыстың сынақтан өтуі. Зерттеу нәтижелері жас ғалымдардың азаматтық
қоғамның жарқын қалыптасуына Қазақстан Республикасының тәуелсіздігінің 20
жылдығына арналған ‹‹Ғалым әлемі›› атты Халықаралық конференциясында
(Алматы, 2011) баяндалды.
Жарияланымдар. Дипломдық жұмыс материалдары бойынша 1 баяндама тезисі
басылып шықты.
Дипломдық жұмыстың құрылымы мен көлемі. Дипломдық жұмыс құрамына
кіріспе, 4 бөлімшеден тұратын әдеби шолу, тәжірибелік бөлім, 5 бөлімшеден
құралған нәтижелерді талқылау, тұжырым, 57 әдеби көзден тұратын
пайдаланылған әдебиет тізімі және қосымшалар кіреді. Жұмыстың мәтіні 64
бетке басылған және оның құрамында 2 кесте мен 24 сурет бар.
1 ӘДЕБИ ШОЛУ
1.1 ББЗ және оларды қолдану аймақтары
Ағын сулар – тұрмыстық, өндірістік немесе ауылшаруашылық пайдалануында
болған, ластанған аймақтар арқылы өткен сулар. Ағынды суды тазалау – оның
құрамындағы ластағыш заттарды ыдыратуға немесе жоюға негізделген өңдеу
болып табылады. Бұл үрдісті іске асыру өте күрделі мәселе, себебі оның
құрамында табиғаты мен қасиеті жағынан әртекті қоспалар кездеседі.
Жалпы түрде химиялық ластағыштардың классификациясы:
1) биологиялық тұрақсыз органикалық қосылыстар;
2) аз уытты бейорганикалық тұздар;
3) мұнай өнімдері;
4) биогенді қосылыстар;
5) спецификалық уытты қасиеті бар заттар, соның ішінде ауыр металдар,
қатты синтетикалық биологиялық ыдырамайтын органикалық қосылыстар.
Ағын суларды катиондық БАЗ-дан тазалаудың ең тиімді жолдарының бірі
болып қатты адсорбенттермен адсорбциялау болып табылады. Адсорбенттер
ретінде химиялық таза кремний қос тотықтарын, әр түрлі кеніштердің бентонит
саздарын және марганец ферроцианидін қолдануға болады. Аталған
адсорбенттердің екі негізгі артықшылығы бар, оның бірі беттік қабатының
теріс зарядының жеткілікті мөлшердегіден жоғары дәрежеде болуы, яғни
катиондық БАЗ-ды сорбциялауда аса тиімді болып табылатын болса, екіншісі
меншікті бетінің (БЭТ бойынша) мөлшерінің қолайлылығы. Қазіргі уақытта
беттік активті заттарды (БАЗ), соның ішінде катиондық БАЗ-дар өндірісі мен
қолдану аумағы қарқынды түрде өсуде. Сонымен бірге, олардың қоршаған ортаға
қауіптілігі, атап айтқанда ағынды суларды ластауы да күннен-күнге артуда.
Өндірісте және үй шаруашылығында кең көлемде қолданылатын БАЗ-дар қатарына
триметилоктадециламмоний хлоридін (C21H46NCl), цетилпиридиний бромидін
(C21H38NBr), n-(N,N’-динонил)-дипиридиний дибромидін (C28H46N2Br2) және
тағы да басқа жатқызуға болады [1].
Беттік белсенді заттар халық шаруашылығының сан түрлі салаларында
жуғыш, ылғалдағыш, эмульсиялағыш, флотациялық агенттер, коррозия
тежегіштері, көпірткіш, солюбилизациялағыш, т.б. заттар ретінде кеңінен
қолданылады. Өте күшті бактерицидтік қасиеттеріне байланысты ББЗ медицинада
да қолданылады. Олардың ішінде медициналық практика үшін, әсіресе,
антисептикалық қасиеттері бар ББЗ маңызды. Сабындар, фенолдардың
дезинфекциялық қасиеттері, өт қышқылдары, лецитиндер, гликозидтер,
қанықпаған май қышқылдары тәрізді көптеген табиғи ББЗ медицинада бұрыннан
қолданылып келеді.
Зерттеулер бойынша, катиондық ББЗ-дың жіті улылығы LД50 (тәжірибелік
жануарлардың 50 %- ы өлетін доза) 50-500 мгкг, аниондық ББЗ – дыкі – 2-8
гкг, бейионогенді ББЗ үшін – 5-50 гкг аралығында.
Міне, осы айтылған жайларға байланысты медицинада қолданылатын ББЗ-дың
улылығын кеміту, тиімділігін арттыру қазіргі заманғы ғылымның алдында
тұрған міндеттердің бірі. Бұл тұрғыда олардың полимерлік туындыларын алудың
болашағы үлкен. Бұл мәселенің маңызы, әсіресе, соңғы кезде антибиотиктердің
әсеріне бейімделген микроорганизмдердің көбеюуіне байланысты
антибиотиктердің беделі біршама төмендегелі арта түсті.
Молекулаішілік мицеллаларда ББЗ иондарына полярлы топтарымен сыртқы су
ерітіндісіне, ал гидрофобты көмірсутек бөлігімен мицелланың ішіне
бағытталғаны энергетикалық тиімді (1 сурет).
1 сурет. ББЗ-тың полиэлектролит тізбегімен молекулаішілік мицелла түзу
сызбанұсқасы. 1 – полиэлектролит тізбегі; 2 – ББЗ молеклалары.
Полимерлер мен ББЗ-дың комбинациялары және ББЗ-дың полимерлік
туындылары негізіндегі хирургтің қолын және дененің операция жасалатын
жерін өңдеуге арналған антисептик препараттары – церигель, дегмин, дегмицид
алынды. Олардың практикалық ыңғайлылығы, күшті бактерицидтік қаиеттері
аталады.
Ион амастырғыш шайыр толтырылған бағанадан төртіншілік аммони тұзын
өткізу арқылы алынған қосылыстың антисептикалық қаситтері сыналды. Алынған
қосылыс ішек таяқшаларына қарсы өте жоғары бактерицидтік активтілік
көрсетті, бір маңызды ерекшелігі, бірнеше дүркін пайдаланғанда оның
белсенділігі азаймаған. Бұл қосылыс ауыз суды зарарсыздандыру үшін қолайлы
деп есептейді.
Ең күшті бактерицидті қасиеттерге катионактивті БАЗ-дар – төртіншілік
аммонийлі негіздердің тұздары – цетилтриметил аммоний бромиді және цетил
пиридиний хлорид ие болатыны белгілі. Олар граммо оң және граммо теріс
бактерияларға, патогенді қотырға және қотыр спораларына әсер етеді. [2].
Анионактивті БАЗ-дар әлсіз антисептиктер болып табылады, ал ионогенді
еместері бактерицидті әсерге мүлдем ие болмайды, алайда жоғары
концентрацияларында олар кейбір дәрілік заттардың бактерицидті әсерін
күшейтеді.
Катионды БАЗ-дар хирургияда операция жасайтын және жараны таңатын
бөлмелерде жарлар мен едендерді дезинфекциялаушы зат ретінде кеңінен
қолданылады. Жұмыстарда тәжірибеден өткен төртіншілк аммонийлі қсылыстар
қаптамаларға арналған материалдарды өңдеу кезінде (боялған ағаш, винилді
плиталар, терразо, линолеум және тот баспайтын темір) Staph. Aureus және
Salmonella Typhy бактерияларына қатысты жақсы дизинфекциялаушы әсерді
көрсетті [3].
Катионды БАЗ – дар іріңді процестерді емдеу кезінде инфекциямен күресу
үшін қолданылатын заттар арасында маңызды орын алады. Бензалконий хлориді
және ЦПХ концентрациясы 1:3000 және одан да төмен болғанда жаралардың
емделуін тездетеді.
Антибиотиктердің БАЗ-мен комбинациясы синергетикалық әсер көрсетеді,
антибиотиктің тканьдерге терең өтуіне үлесін қосады. Бұған қоса мұндай
комбинациялар ірннің таралуына үлесін қосады және қабынуды тудыратын
некротикалық массалардың бөлінуін жеңілдетеді [4].
Катиондық беттік активті заттарды бентонит сазымен адсорбциялау –
физикалық сипатта болса, кремний қос тотығымен адсорбциялау – химиялық
сипатта болып табылады (яғни, температураның жоғарылауына байланысты
адсорбция коэффициенті бірінші жағдайда кемісе, екіншісінде артады). Ал
марганец ферроцианидімен катиондық беттік активті адсорбциялау БАЗ-тардың
қасиетіне байланысты. Мысалы, егер БАЗ ретінде цетилпиридиний бромиді (ЦПБ)
қолданылса, адсорбент пен адсорбат арасындағы байланыс – химиялық сипатта
болады, ал триметилоктадециламмоний хлориді болса – физикалық сипатта.
Сонымен қатар, кеуекті адсорбенттермен қарама-қарсы зарядталған БАЗ-дарды
адсорбциялаған кезде адсорбент-адсорбат жүйесіндегі негізігі әрекеттесу
энергиясы электростатикалық тартылыс күштерімен сипатталатынын атап өту
керек. Осы негізгі байланыс күші катиондық БАЗ-дарды сорбциялау заңдылығын
айқындаушы болып есептеледі.
Сазды минералдар дисперсияларының қасиеттерін реттеу үшін беттік –
активті заттар кеңінен қолданылады. Аздаған мөлшерде қосылған БАЗ-дар
физико – химиялық процестер ағының және бөлу беттерінде молекулалық
әрекеттесу шарттарын, фазалық ауысулардың және бір заттың екіншіге өту
жылдамдықтарын өзгертуі мүмкін. БАЗ-дар олардың концентрациясына және
қолдану шарттарына тәуелді қарама қарсы әрекет етуі мүмкін. БАЗ әртүрлі
дисперсті орталарда, соның ішінде әсіресе сұйық және мазь тәрізді
консистенциялы болатын дәрілік жүйелердегі құрылым түзу процестеріне әсер
етеді. [5] жұмыста гидрофильді негізді дәрілік заттардың резорбциясына БАЗ-
дың әсерін зерттеу, резорбцияның максималды дәрежесі БАЗ концентрациясы 1%
болғанда қол жеткізілетінін көрсетті. БАЗ концентрациясын 3-5% дейін
жоғарылату дәрілік заттар резорбциясының төмендеуіне алып келеді, БАЗ-дың
бұдан да жоғары концентрацияларында резорбция қайтадан жоғарылайды.
БАЗ-ты бөліп алу кинетикасы уақыт өткен сайын артады және шамамен 6-7
сағат ішінде шегіне жетеді. Сонымен қатар аталған жұмыста [2] БАЗ-ты
бентонит сазымен әр түрлі жағдайларда сорбциялау заңдылықтары зерттелген.
Нәтижесінде, бентонит сазымен катиондық БАЗ-ды адсорбциялауға
температураның жоғарылауы аса әсер бермейтіндігі байқалған
Жұмыстарда асканолдан жасалған препараттардың резорбциясы басқа
қолданылатын негіздермен (вазелин, ланолин, полиэтиленоксид) салыстырыла
отырып зерттелген. БАЗ негіздеріне қоспалардың: твин 80, пентол, эмульгатор
№1, эмульгатор Т-2, резорбцияға әсері анықталған. Сульфаниламидтерді
негіздерден резорбциялауды зерттеу нәтижелері, норсульфазол, стрептоцид,
еритін және еримейтін сульфин мен альбуцид сияқты препараттар үшін ең жақсы
резорбтивті қасиеттерге полиэтиленоксид және асканол ие болатындығын және
аз дәрежеде – гидрофильді негіз, бұл қасиеттер вазелин мен ланолинде ең
нашар білінеді.
БАЗ-дың төменмолекулалы аниондары мен катиондары бар полимерлі
комплекстердің (зарядталған және зарядталмаған) түзілуіне және қасиеттеріне
көптеген әдебиеттер арналған. Бұл салада жасалған көптеген зерттеулер кері
зарядталған БАЗ бар полиэлектролитер комплекстеріне жатады. Осымен қатар
полярсыз радикалында 12-16 көміртек атомдары болатын, БАЗ-дың аниондарымен
және катиондарымен гидрофобты – модифицирленген полимерлердің бірлескен
жүйелері зерттеушілердің үлкен назарын аудартуда. Авторлардың көбісі мұндай
жүйелерде комплекстер гидрофобты ассоциация кезінде яғни полимер мен БАЗ-
дың полярсыз топтарының бірлесуі кезінде мицеллалардың формалануы арқылы
түзіледі деген қорытындыға келеді.
Соңғы онжылдықта белгілі бір жағдайларда, сулы ерітіндіде жай ионды БАЗ-
дың сфералық мицеллалары өте үлкен цилиндрлі немесе құрттәрізді
мицеллаларды түзе отырып тез өсуі жүретіндігі көрсетілген. Теорияға сәйкес
мұндай өту БАЗ молекулаларының қапталу коэфицентімен байланысты. Өтуге БАЗ
концентрациясының өсуі, электролит концентрациясының болуы немесе
жоғарылауы сонымен бірге БАЗ молекулаларының полярсыз радикалының
ұзындығының ұлғаюы үлесін қосады. Цилиндрлі мицеллалар полимерлер
ерітінділерісияқты ерітіндіде іліктіру торларын түзуге және үлкен иілгіштік
көрсетуге қабілетті. Әдебиеттерде мұндай мицеллалардың және
полиэлектролитердің судағы ерітінділерінің аналогиясы жүргізіледі.
Полимерлерге қарағанда аталған тор тірі болып табылады, яғни механикалық
әсер ету процессінде қалпына келуге және бұзылуға қабілетті. Тордың болуы
тұтқыр серпімді ерітінділердің пайда болуына алып келеді, сол себепті
мұндай БАЗ-ды тұтқырсерпімді деп атайды.
[6] жұмыста бентонит сазымен катиондық БАЗ-ды адсорбциялау заңдылықтары
келтірілген. Аталған нәтижелер бойынша, бентонит сазы мен катиондық БАЗ
теріс зарядталған монтмориллонит (ММТ) орталықтарымен электростатикалық
байланыстармен әрекеттесу нәтижесінде болған. БАЗ концентрацияның арттыру
БАЗ-дың көмірсутекті радикалдарының бір-бірімен қосылуына және сорбциондық
қабатта шоғырлануына алып келеді (шоғырлану дисперсионды ортада да жүреді
деп есептелінеді). БАЗ-тың концентрациясын жоғарылатқан сайын ММТ-тің
адсорбциялау қабілеттігі төмендейді. Бұл жағдай үш түрлі себепке байланысты
болуы мүмкін: бірінші болжам, адсорбент қабатының бетінде катиондық БАЗ-
дардың тым көп шоғырлануы, соның әсерінен тығыздалып қалуы; екінші болжам,
адсорбент бетіндегі аттас зарядталған катиондық БАЗ-дың тебілуінің
электростатикалық байланыскдан артып кетуі; үшінші болжам, адсорбция
нәтижесінде минералдың беттік қабатының зарядының өзгеруі болып табылады.
БАЗ және ақуыз қоспаларының қатысында көбіктүзуді және көбіктердің
тұрақтылығын зерттеу көптеген технологиялар үшін және құрамында табиғи
қосылыстар болатын дисперсті жүйелердің тұрақтылығы туралы фундаменталды
түсінікті дамыту үшін маңызды болып табылады. Бұдан көбіктің ақуыздармен
тұрақтанаты анықталған және ақуыздың молекулалық массасы жоғары болған
сайын ол жақсы көбіктүзгіш болады, липидтер және т.б. беттік – активті
заттардың қатысында мұндай көбіктер тұрақтылығы жиі жағдайларда төмендейді.
Құрамында бір уақытта төменмолекулалы БАЗ және ақуыздар болатын
ерітінділерден көбіктүзілуді жүргізген кезде көбіктер тұрақтылығының
төмендеу себептерін анықтау үшін микроскопиялық бос көбікті пленкалар –
көбіктердің модельдері және қоспалар моноқабаттарының реологиялық
қасиеттері зерттеледі. Жүргізілген жұмыстар нәтижелерінің негізінде
пленкаларды тұрақтандыру механизмдерінің жеке компоненттермен сәйкес
келмеуінің салдарынан төменмолекулалы БАЗ бен ақуыздардың жұқа пленкалары
тұрақты болуы мүмкін емес деген тұжырым кең таралған.
Химиялық тігілген акрил (ПАҚ) немесе метакрил қышқылдары (ПМАҚ)
негізіндегі полиэлектролитті гидрогельдер ғылыми және практикалық көзқарас
жағынан үлкен қызығушық тудырады және соңғы 20 жыл бойы активті зерттеліп
келеді. Бұл бағыт бірқатар маңыз және фундаменталды мәселелерді шешу үшін
маңызды соның ішінде әсері пролонгирленген болатын дәрілік препараттарды
жасау болып табылады. Қазіргі таңда гидрогельдердің төменмолекулалы
электролиттер ерітінділерімен әрекеттесуі жақсы зерттелген [7].
Гидрофильдік полимерлердің табиғатына сай пайда болатын – суда еритін
комплекс және ерітіндіден жеке фаза болып бөлінетін композициялық
гидрогель. Мұндай комплекстерге полиметакрил қышқылы (ПМАҚ) және полиэтилен
оксид (ПЭО) негізіндегі гидрогельдер жатады. Композициялық гидрогельдерді
қоспада 5-10% ПЭО болған жағдайда алған тиімді болып табылады. Сонымен
бірге, полиакрил қышқылы (ПАҚ) және полиакриламид (ПАА), поливинилпиролидон
(ПВП), поливинил спирт (ПВС) араларындағы интерполимерлік комплекстер
ионды байланыс есебінен құрылады, комплекс құруда синтетикалық полимерлер
де, табиғи полимерлер де қатыса алады.
1.2 Ағынды суларды ластағыш заттардан тазалау әдістері
Ағынды судың құрамында барлық өндірістердегі сияқты шикізат (ағынды су)
және дайын өнім (тазартылған су) болады және аталған мақсатқа қол жеткізу
үшін бірнеше сатылардан тұратын химиялық-технологиялық тазартуды жүргізу
қажет. Өндірістің және коммуналдық шаруашылықтың тастандыларынан ластанған
су халықты қамтамасыз етуге жарамсыз екені бәрімізге мәлім. Ол суда адам
денсаулығына кері әсер ететін бір топ заттан әртүрлі инфекциялық аурулар
туындайды. Ағынды суларды қоспалардан тазалау жүйесінде механикалық,
химиялық, биологиялық және физика-химиялық әдістері қазіргі уақытта кең
көлемде қолданыуда.
Ағынды сулар су қоймаларының ластанған суы шаруашылықта қолдануға
мүлдем келмейді, ол суды тек ішуге ғана емес, егін, тұрмыс мақсатында да
қолдануға болмайды. Осыған байланысты су қоймаларындағы суды ішуге жарамды
етіп тазарту үшін күрделі құрылымдар құрастыру қажет [8].
Су қоймаларының ластануы тазармаған ағынды суларды жіберу салдарынан
туындайды. Оларды залалсыздандыру тек гигиеналық емес, сонымен қатар халық
шаруашылық мәселесі болып табылады. Адамдардың шаруашылық әрекеттерінің
әсерінен, қазіргі уақытта табиғи сулар сапасының өзгеруінің мынадай
тенденцияларын көруге болады:
1) Қышқылданған жауын сулары жер бетінен жер қыртысының төменгі
қабатына өтіп, карбонатты және т.б. жыныстарды тез ерітеді, соның әсерінен
кальций, магний, кремний иондарының жерасты және өзен суларындағы мөлшері
көбейеді.
2) Судың атмосферадан күкірт және азот қышқылдарымен ластануы
нәтижесінде тұщы судың рН-ы төмендейді және ондағы сульфаттар мен
нитраттардың мөлшері көбейеді.
3) Табиғи суларда фосфаттардың ( 0,1мгл), нитраттардың, нитриттердің
және аммоний азоттарының көлемін арттырады.
4) Жер бетіндегі және жер астындағы сулардың ағын сулармен қосылуынан
және атмосферадан қатты қалдықтарды жуудан табиғи сулардағы тұздардың
мөлшері артады.
5) Тотығу үрдістеріне оттек шығынының тым артуы мен су қоймалары
бетінің ластануына байланысты, табиғи сулардағы оттектің мөлшері өте қатты
азаюда, атмосферадан ауаға булануы қысқарады. Суда оттек мөлшері азайған
сайын, тотықсыздану үрдістерінің жүре бастауы артады, атап айтқанда
сульфаттардың күкіртсутекке дейін тотықсыздануы қарқынды жүреді.
6) Суларда органикалық қосылыстардың, соның ішінде биологиялық тұрақты
синтетикалық БАЗ-дың, гетероорганикалық қосылыстардың және т.б. уытты,
канцерогенді және мутагендік заттардың бөлінуі көбейеді.
Ағынды суларды ластағыш заттардан тазартудың бірнеше түрлері бар,
1. Физико-химиялық әдіс. Мұнда судан суспензияланған және
эмульсияланған қоспаларды, сонымен қатар еріген органикалық және
бейорганикалық заттарды бөліп алу мүмкін болады.
2. Механикалық әдіс. Бұл әдісте қатты ерімейтін қоспаларды бөлуде
қолданылыды. Осы мақсатта фильтрлеу, тұндыру, сығу бөлшектерді ортадан
тепкіш күш әсері арқылы бөлу тәсілдері қолданылады.
3. Химиялық әдіс. Ағынды сулардағы еритін қоспаларды бөлуде
қолданылады. Бұл әдісте зиянды қоспаларды аз еритін қоспаларға айналдыратын
реагенттер пайдаланылады. Химиялық әдіске бейтараптау, тотықтыру және
тотықсыздандыру, ауыр металлдардың иондарын бөліп алу тәсілдері жатады [9].
Табиғатты қоршаған ортаны ластаудан қорғаумен табиғи ресурс ретінде
тиімді пайдалану мақсатында қайтарылып қолдану үшін ағын су құрамындағы
ластағыш заттардың түрі мен мөлшеріне қарай әртүрлі әдіспен тазаланылады.
Бұларға механикалық тұндыру, сүзу, флотация, физика-химиялық, химиялық,
биологиялық, түйдектелген әдіс жатады (2 сурет).
2 сурет. Ағын суларды тазарту қондырғысы
Технологияда ағын суларды органикалық заттардан сорбциялық үрдістерді
қолдану арқылы терең тазалау қазіргі уақытта өзекті мәселелердің бірі болып
саналады. Ластағыш заттар қатарына көбінесе еріген күйде кездесетін және
табиғи жолмен пайдаға асырылмайтын беттік активті заттар (БАЗ) жатады. БАЗ-
тың аз ғана мөлшері үлкен көлемдегі көпіршік түзілуге алып келеді, су
қоймаларындағы оттек алмасуын нашарлатады және фотосинтез үрдістерін
тежейді. БАЗ-ға тән спецификалық қасиеттер ағын суларды тазалауда үлкен
қиындықтар туғызады, әсіресе биохимиялық жолмен тазалағанда. БАЗ-тар
көптеген өндіріс орындары мен үй шаруашылығынан бөлінеді, атап айтқанда
жуғыш заттар, эмульгаторлар, бояғыш заттар, суспензиялар мен эмульсиялардың
тұрақтандырғыштары және т.б. мақсатта қолданылады.
Беттік активті заттарды, әртүрлі бояғыштарды, фенолды қосылыстарды және
тағы басқа қосылыстарды адсорбциялаудың тәжірибелік маңызы зор.
Беттік активті заттар – бүкіл әлемдегі ағын суларды ластайтын ең көп
таралған органикалық қосылыстар қатарына жатады. Қазіргі кезде көл, өзен,
теңіздердің, тіпті мұхиттардың ластануы үлкен жылдамдықпен артуда. Табиғи
сулардың ластануының негізгі көздері - ауадан сіңіріліп алынған өндірістік
тектегі ластағыштарды тасымалдайтын атмосфералық сулар, сонымен қатар
қалалық және өндірістік ағынды сулар. Өндірістік ағынды сулар өндірістің
әртүрлі салаларында түзіледі. Өндірістің дамуы және суды қолдану артқан
сайын сұйық қалдықтарда өсуде. Негізгі өндірістердің (металлургиялық
өндіріс, энергиялық машина құру, теңіздік прибор құру, ауыр машина құру,
т.б.) ағынды суларында әртүрліластағыштар бар: мұнай өнімдері, БАЗ-дар,
фенол және басқада органикалық қосылыстар, ауыр металлдар, цианидтер,
аммонийлі азот, т.б. Ластағыш заттар табиғи су түсіп судың сапалық
өзгерулеріне, яғни негізінен физикалық қасиеттерінің өзгеруіне, соның
ішінде жағымсыз иістің, дәмнің пайда болуы т.с.с., судың химиялық құрамының
өзгеруі, соның ішінде зиянды заттардың пайда болуына әкеліп соқтырады [10].
Ағын суларды катиондық БАЗ-дан тазалаудың ең тиімді жолдарының бірі болып
қатты адсорбенттермен адсорбциялау болып табылады. Адсорбенттер ретінде
химиялық таза кремний қос тотықтарын, әр түрлі кеніштердің бентонит
саздарын және марганец ферроцианидін қолдануға болады. Аталған
адсорбенттердің екі негізгі артықшылығы бар, оның бірі беттік қабатының
теріс зарядының жеткілікті мөлшердегіден жоғары дәрежеде болуы, яғни
катиондық БАЗ-ды сорбциялауда аса тиімді болып табылатын болса, екіншісі
меншікті бетінің мөлшерінің қолайлылығы [11].
Аталған өзекті мәселелерді шешу мақсатында ағын суларды тазалаудың әр
түрлі әдістері қолданылуда. Соның ішінде сорбциялық әдістердің алатын орны
ерекше. Соңғы кездері бұл мақсатта органикалық және бейорганикалық
полимерлерді үйлестіру арқылы механикалық, физика-химиялық және сорбциялық
қасиеттері анағұрлым жақсарған композициялық материалдарды қолданудың
маңызы артып келеді.
Ағынды сулардың қауіпті ластандырғыштарының бірі катионды беттік
активті зат – цетилпиридиний бромидтен (ЦПБ) тазалаушы ретінде колдану үшін
органикалық және бейорганикалық полимерлер негізіндегі композициялық
гельдердің цетилпиридиний бромидті сорбциялау және бөлініп шығу
заңдылықтары зерттелді [12]. Сорбциялық әдіс ағын суларды тереңірек
тазалаудың эффективті әдістерінің бірі болып табылады. Сорбцияның
эффективтілігі ең бірінші, сорбеттің суды көптеген бейорганикалық және
органикалық қосылыстардан, сонымен қатар басқа әдістермен жүзеге
асырлмайтын радионуклидтерден тазалай алуына негізделген. Жоғары активті
сорбенттерді қолдана отырып суды ластаушы заттардан нольдік коецентрацияға
дейін тазатуға болады. Сорбцияны суды терең тазарту кезінде қолданған
дұрыс. Сорбент барлық ұсақдисперсті заттар, беттік қабаты жетілген золдер,
көмірлер, балшықтар, шламдар және т.б. қолданылады. Сорбция процесінің
лимитирлеуші сатысы сорбцияланатын заттың диффузиясы болып табылады. Ал
кейбір жағдайларда десорбцияланған заттың кері диффузиясы болады.
Бейорганикалық сорбенттердегі сорбция процесінің механизімі молекулалық,
ионалмастырғыш қасиет көрсетуі мүмкін. Көбінесе сорбцияның аралас
механизімі жүреді. Бейорганикалық сорбенттердің ағын суларды тазалауда
қолданылуы сорбенттердің арзан болуына байланысты перспективті болып
табылады.
Сонымен қатар, ион алмастыру әдісі де қарқынды қолданылуда.
Ионалмастырғыштар ретінде көптеген материалдар алуға болады, мысалы табиғи
бентонитті саздар. Бентонит саздары онша тереңде жатпағандықтан оларды ашық
әдіспен алуға болады, бұл олардың бағасының арзан болу себебі. Бентонит
саздары негізінде жасалған сорбционды-ионалмастырғыш материалдарды атап
кетуге болады, мысалы ретінде оның базальтті талшықтар бетіне қондырылған
сорбенті. Бұндай комплекстармен БАЗ-дан ластанған ағын суларды тазалауға
болады. Бірақ аталмыш комплексті алу кезінде бентонит саздарын базальт
талшықтарына отырғызудың белгілі қиыншылықтары бар, оған қоса, алынған
комплекстің механикалық қасиеттері нашар.
Бентонит саздарының ағаш үгінділеріне отырғызылған сорбенттері де
кездеседі. Ол үшін ағаш ұнтақтары мен бентонитті араластырып пісіреді.
Бірақ бұл сорбенттердің де белгілі кемшіліктері бар, мысалы оны үш рет
регенерациялауға болады, сосын оны қайта өңдеу керек. Сондықтан, бентонит
саздарын қондырғанда каңқа қызметін атқаратын жаңа материалдарды іздестіру
қазіргі уақытта өзекті мәселе. Бұл мәселенің шешімдерінің бірі, ол үлкен
кеуектілігімен және механикалық қасиеттерімен ерекшеленетін криогельдерді
қолдану, дәлірек айтсақ, сорбенттер мен полимерлердің композициялық
криогельдерін алу [13].
1.3 Бентонит саздарының қасеттері
Саздарды ең алғашқы рет өнеркәсіптік шикізат ретінде ХIХ ғасырдың
соңында өндіріліп, зерттеле бастаған. 1875 жылы Канаданың Эдмонтон
қаласының маңында абын саздарының кен орны тіркелген.
1888 жылы АҚШ-тың Вайоминг штатында Бентон фортына жақын жерде бағалы
саз кен орны табылып, өндіріле бастады. Осыдан бастап саздарға “бентонит”
атауы қалыптаса бастады, ал оны ғылыми әдебиетке 1898 жылы В.Найт енгізген
[14].
1914 жылы Ресейде ағартқыш топырақтарды іздеу жұмыстары А.Е.Ферсман,
П.А.Замятченскийдің басшылығымен басталды [15]. Қазақстанда зерттеулер
нәтижесінде саз шикізатының бір қатар кен орындары: Маңырық, Қызылжар,
Қыңырақ және т.б ашылды. Маңырақ маңы бентониттерінің физико-химиялық
қасиеттерін тереңдей зерттеу Ш.Б.Батталованың басшылығымен 1953 жылы
басталды. Құрамында алмасқыш натрий иондарының көптігімен, ұсақ
дисперстілігімен, суда ерігіштігімен ерекшеленетін Маңырақ сазының
бентониттерге қойылатын барлық талаптарға сай екені анықталып, оларды
катализатор, адсорбенттер ретінде қолдану мүмкіндіктері ғылыми негізделді.
Саздардың қасиеттері ең бірінші кезекте химиялық құрылымымен және
кристалдық торының құрылысымен анықталды. Саз минералдары негізінен
(~90%), кремний, алюминий, магний, темір оксидтері және судан тұрады. Оның
ішіндегі басым көпшілігі – SiO2, Al2O3 және су [16].
Бентонит сазының минералды құрамына монтмориллонит кіреді, оның саздағы
мөлшері 80%. Екіншілік минералдар ретінде илмет және коалинит болады.
Сілтілік бентониттердің алмастыру кешенінде Na+ катионы басым болады.
Сондықтан олар суда күшті ісінеді, өзінің көлемін 12-16 есе үлкейтеді.
Сілтілік жер бентонитері аз ісінеді. Олардың алмасу кешенінде Мg+2 катионы
басымрақ болады.
Үш түрлі саз – каолин, гильаби және бұхаралық бентонит мазьдік негіз
ретінде зерттелген. Саздарды құрамындағы темірге, карбонаттарға, мышьякқа
және адсорбционды қабілеттіліктеріне сапалық зерттеген. Алынған мазь
негіздерінің бірнеше ай бойы сақталынуы зерттелген және саздардың бөлме
температурасы кезінде жақсы сақталатыны анықталған. Тек қана каолиннің 45-
күні қатаюы байқалған [16].
3 сурет. Саздардың құрылымдық сызбанұсқасы
Пакеттегі тетраэдрлі және октаэдрлі қабаттардың мөлшерлік қатынасына
байланысты сазды минералдар былай белгіленеді: 1:1, 2:1, 2:2 және т.б. (3
сурет). Октаэдр мен тетраэдрлер қабырғаларының әртүрлі ұзындықтарына
қарағанда жазықтықтағы қабаттардың санын шектейтін силикат қабаттарында
ішкі кернеу атом радиустары әртүрлі өлшемді элементтердің изоморфты алмасуы
салдарынан пайда болады
Изоморфты орынбасулар нәтижесінде теріс зарядталған қабаттар арасына
гидратталған алмасқыш катиондар, органикалық катиондар, су молекулалары
енуі мүмкін. Бұл кезде ортақ оттек атомдары арқылы әлсіз байланысқан
қабаттар арасы ыдырап, кеңеюі (ісінуі) тіпті жеке пакеттерге бүлініп кетуге
де барады. Идиалды, мүлтіксіз кристалға өлшемдерінің барлық үш бағытта
бірдей шексіз ісінуі тән. Ең қарапайым ауытқу кристалл өлшемдерінің
шектелуі болып табылады. Қабатта құрылымдық кристалдар жазық (тақташа,
өзекше пішінді), екі өлшемді болып келеді. Мысалы, монтмориллонит
кристалдары өте сақ, 99%-дан, астамы 0,01 мк және балықтың қабығы пішіндес.
Осының нәтижесінде монтмориллониттер суда қатты дисперстеліп, қалыңдығы
элементарлық құрылымының үлкендігіне жақын бөлшектерге оңай ыдырап кетеді.
Бентонит саздарының аса маңызды физико-химиялық қасиеттеріне ион алмасу,
адсорбция, ісіну жатады. Отандық бентониттер ішінде – Маңырақ бентонит сазы
(Шығыс Қазақстан облысы ) бұл қызғылт түсті бентонит сазын (4 сурет) Д.П.
Сало әдісімен тазаланады. Химиялық құрамы (ДФС-13), рентген–фазалық анализ
(Дрон-4-07).
Бентониттің денеге тыныштандырғыш әсері бар, сонымен қатар, көптеген
дермотологиялық формула базасы ретінде қолданылады. Бентонит сазынан
көптеген тауарлар өндіріледі. Көлденең және тік бұрғылау үшін жоғары сапалы
бентонио ұнтағын дайындайды. Бентонит сазы суды сіңіріп, ісінген кезде ашық
кеуекті болып созылады. Токсиндер осы кеңістікке электр тартылысы мен
байланыс арқылы тартылады. Бентонит сазы, сонымен қатар, гербицид пен
пестицидтер патогенді вирус арқылы жұталады. Өзінің көп мәнді беткейінің
арқасында, бентонит ағзадан токсиндермен шығады [17]. Бентонит сазы асқазан
– ішек жолдарында қоздырғыштармен байланысу арқылы күшіне дереу өтуі
мүмкін. Бентонит фармацевтикалық препараттарда толтырғыш ретінде, ылғалды
компрессор және есек жемге арналған қоздырғыш әсерін жоятын ласьондарды
дайындауда қолданылады. Медицинада бентонит металмен уланған кезде антидонт
ретінде қолданылады.
4 сурет. Бентонит сазы
Жеке гигиеналық құралдарда, бетке арналған крем құралдарының құрамында
бентонит болады. Тұрмыстық және микроэлектрондық өндірісте ультракүлгінмен
өңделген үлдір түріндегі полимер – саздық композициялар қолданылады. Мұндай
полимер – сазды үлдірлер электроникада кернеуді қайта зарядтауда,
құрылымдық байланыстыруды, герметизацияда және конфорымды жабынды жасауда
қолданылады. Ультракүлгінмен өңделген үлдірлерді қолдану тиімді, себебі
онда еріткіш қолданылмайды. Уретан акрилаты, полиэстер акрилаты және
эпоксид шайырының акрилаты негізіндегі үш түрлі негізіндегі сазды
үлдірлердің механикалық, жылулық, созылғыш және т.б қасиеттерін зерттеген
[18].
Көптеген жүйелерде созылғыш модулінің, беріктілік шегінің және шынылану
температурасының жақсаруы байқалады. Эпоксид шайырының акрилаты жүйесінде
саздың полимер матрицасымен әсерлесуі беріктілік эффектісіне әкеледі.
Механикалық қасиеттерінің жақсаруы, тек саз табиғатына ғана емес, одан
басқа полимер матрицасына, композиттердің табиғаты мен әсерлесу механизміне
де байланысты болатыны анықталды. Мұнай өндіретін және мұнай өңдейтін
өнеркәсіптерде де саз үлкен рөл атқарады. Саз мұнайдың ауыр фракциялары
үшін крекингрлеуші катализатор ретінде қолданылады. Табиғи газдарды құрғату
және ауыр көмірсутектерді крекингілеу үшін пайдаға асады. Бұл кезде
негізінен монтмориллонитті, әр түрлі қышқыл және қыздыру әсерімен
активтендірілген галлуазитті және каолинитті саздар қолданылады. Мұнай–газ
өнеркәсіптерінде терең бұрғылау кезінде бентонит сазын бұрғылау
ерітінділерін даярлау үшін қолданады. Саздар соныме қатар фильтрация
жолымен немесе жанасу прцесі арқылы мұнайды тазалау үшін қолданылады [19].
Сонымен қатар, бентонит саздарының ең үлкен артықшылығы – мүлдем
усыздығы. Саз минералдары адсорбциялық, су сіңіргіш, жара бетін бітіретін
агенттер ретінде тіс жуғыш пасталар, ұнтақтар және ішетін дәрілердің
құрамына қосылады. Тіс жуғыш пасталарда борды саздармен алмастыру тістің
эмальін зақымдауды азайтады және ауыздағы қышқылдықты кемітеді, сондай –
ақ, жоғары адсрбциялық қасиетіне байланысты жағымсыз иісті жояды. Алайда,
сілтілік сипаттағы Na – саздары ішетін дәрілердің құрамында
қолданылғанымен, теріге жағатын дәрілерге қосылмауы керек. Сілтілік заттар
теріні тітіркендіріп, қосалқы әсер етуі мүмкін. Сондықтан дерматологияда
саздың сутектік немесе триэтаноламин формаларын қолдану абзал [20].
Бентонит саздары негізінде гербицидтердің бақылаулы бөлінуін қамтамасыз
ететін препараттар алу мүмкіндігі зерттелді. Гербицидтердің сорбциялану –
десорбциялау процестері лабораториялық және далалық жағдайларда жүргізіліп,
қышқылдық өңделген саздарға қарағанда табиғи саздардың белсенділігі
анықталды.
Бентонит сазы және полиакриламид полимерлері негізінде композициялық
гельдер әр түрлі жағдайда синтезделді және олардың ісіну қабілетіне әр
түрлі факторлардың зертеледі. Тігуші агент мөлшері жоғарылаған сайын және
электролит ертіндісінде гельдердің ісіну дәрежесі төмендейтіні
көрсетіледі.Композициядағы компоненттер өзара сутектік байланыстар және
гидрофобты әрекеттесулер арқылы біртекті, үйлесімді композиция түзетіні
белгілі [21].
Сорбенттерді алу және тұтынумен байланысты болатын өндіріс салаларының
және пролонгациялық дәрілік заттарды жасаумен айналысатын медицинаның
қазіргі таңдағы даму сатысында басқа қол жетімді болатын толықтырғыштарды
іздеу керек, оларды полимерге енгізу кезінде полимердің тек қана бағасы
арзандамай сонымен қатар оның физико – химиялық, сорбционды, десорбционды
және механикалық қасиеттері жоғарылауы тиіс. Композициялық материалдарды
алу әдістерінің бірі сазды толықтырғыштар бетінде мономерлердін
полимеризациясы болып табылады.
Сазды реакциялар көптеген полимеризация реакцияларын иницирлейді және
процестің бағытын өзгерте отырып оған жанама түрде әсер етеді, осыған орай
құрылымы модификацияланған және қасиеттері ерекше болатын композициялық
жүйелерді алады. жалпы алғанда мономердің полимеризациялану процессі саз
(монмориллонит) құрылысының қабат аралық кеңістігінде өтеді.
Композиттердегі үздіксіз фаза қызметін полиакриламид, поликарбон
қышқылдары, полигидроксиэтилакрилаттар сияқты және т.б. синтетикалық
полимерлер атқара алады [22].
1.4 Полимерлік композициялық материалдар, алу әдістері
Композициялық материалдар – екі немесе одан да көп компоненттерден
тұрады, олар: жеке талшықтардан немесе басқа армирлеуші құраушылардан және
оларды байланыстырушы матрицадан, құрама компоненттері қасиеттерінің
қосындысынан жақсы спецификалық қасиеттері бар материалдар. Композиттердің
компоненттері бір-бірінде ерімеуі немесе жұтылмауы және өзара үйлесімді
болуы қажет [23].
Композициялық материалдардың оңтайла құрамын анықтау, қасиеттерін
басқару үшін олардың құрамдастарының әрекеттесу заңдылықтарын білу қажет.
Осыған байланысты, тепе-теңдік ісіну, седиментациялық анализ, электрофорез
әдістерімен аталмыш сазды полимер жүйелерінде әрекеттесу табиғаты
зерттеледі.
Композициялық материалдарды жасаудың мақсаты ұқсас немесе әртүрлі
компоненттерді біріктіре, бастапқы компоненттердің қасиеттері мен
сипаттамаларынан жақсырақ, жаңа берілген қасиеттері бар материалдарды алу
болып табылады. Осындай материалдардың пайда болуымен нақты қолдану
облыстарының қажеттіліктерін өтеу үшін қажетті композиттердің қасиеттерін
селективті түрде таңдау мүмкіндігі туды. Үнемді және қолайлы болып
табылатын композициялық материалдар қазіргі таңда ойыншық өндірісінен
бастап, ғарыштық аппараттарда қолдануға дейінгі көптеген салаларда
пайдаланылады.
Полимерлік композицияларды жасауда толтырғыш ретінде цеолиттерден басқа
қабатты силикаттар да қолданылуы мүмкін. Оларға полимерлік материалдарды
қолданатын әртүрлі салаларда полимерлік нанокомпозиттер деп аталатын
функционалды материалдардың жаңа түрлері жатады. Тағы бір композициялық
полимерлік материалды толтырғыш ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz