Полиакриловая кислота в качестве высокомолекулярного полимерного флокулянта - осадителя шлама в глиноземном производстве и способ ее получения

 

Полиакриловая кислота в качестве высокомолекулярного полимерного флокулянта-осадителя шлама в глиноземном производстве и способ ее получения. Сущность изобретения: полиакриловая кислота с характеристической вязкостью, и мол.м. (14-24,4)·10⁶ и способ ее получения путем полимеризации акриловой кислоты в воде при 20 - 40°С в присутствии окислительно-восстановительной системы Co³⁺ -глицин при концентрации Co³⁺ , равной (0,1-1,5)·10^-3 г·экв/л и глицина (0,2-15,0)·10^-3 моль/л при их молярном соотношении 1 : 1 - 20 соответственно, при концентрации акриловой кислоты 20 - 30 мас.% и рН 1,7 - 1,85. 2 с.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, точнее к полиакриловой кислоте общей формулы CH с характеристической вязкостью [η] = =10,0-15,0 дл/г и мол. массой (14,0-24,4)x x10⁶, которая может найти широкое использование в качестве флокулянта-осадителя шлама в глиноземном производстве.

Изобретением является также способ получения полиакриловой кислоты с указанной молекулярной массой.

Перечень сокращений, используемых в настоящем описании: АК - акриловая кислота ПАК - полиакриловая кислота ММ - молекулярная масса; [η] - характеристическая вязкость полимера.

Известна полиакриловая кислота с ММ = (0,19-2 : 2) ˙ 10⁶. Способ ее получения состоит в полимеризации водного раствора акриловой кислоты в присутствии радикального инициатора - триацетилцетоната марганца (III) и бис (ацетилацетонат) - карбоксилата марганца (III).

Инициатор вводят в количестве 0,1-0,2% при концентрации мономера ≈ 10% реакцию проводят при рН реакционной среды 2-3 и температуре 15-30^оС.

Основным недостатком известного решения являются относительно невысокие ММ полимера, что снижает эффективность его использования в качестве флокулянта.

Цель изобретения - увеличение ММ и эффективности полимера в качестве флокулянта.

Цель достигается, во-первых, полиакриловой кислотой формулы CH с [ η] = 10,0 - 15,0 дл/г и ММ = (14,0 - 24,4) x x10⁶, во-вторых, способом получения указанной полиакриловой кислоты, который реализуется совокупностью следующих существенных признаков: 1. Проводят радикальную полимеризацию акриловой кислоты в водном растворе в атмосфере инертного газа; 2. Полимеризацию проводят при концентрации мономера, равной 20-30 мас.% ; 3. Полимеризацию ведут ри 20-40^оС;
4. В качестве радикального инициатора используют окислительно-восстановительную систему Со³⁺-глицин при концентрации Со³⁺, равной (0,10 - 1,5 ˙10^-3 г эвк/л, глицина - (0,2-15,0)˙10^-3 моль/л и молярном соотношении [Co³⁺]: [глицин] = 1 : 1-20;
5. Полимеризацию проводят при рН реакционной среды 1,70-1,85.

Состав полученной высокомолекулярной полиакриловой кислоты подтверждался элементным анализом, содержание карбоксильных групп - методом кондуктометрического титрования, структура полимера - методом ИК-спектроскопии (ν_C=0 = =1710 см^-1, = 1410 см^-1, ν_C-0 = 1230 и 1180 см^-1).

ММ полимера определяли прямыми методами диффузии, седиментации и светорассеяния.

Сущность предлагаемого решения иллюстрируется примерами.

П р и м е р 20 (табл. 1).

1. Приготовление раствора мономера
1 г свежеперегнанной акриловой кислоты (d = 1,0511 г/см³; = 1,4224)) растворяют в 3,8 мл дистиллированной воды, через раствор постоянно пропускают инертный газ.

2. Приготовление радикального инициатора
0,015 г кристаллического глицина растворяют в 4 мл воды. В охлажденный до 0^оС раствор глицина вносят 0,073 г Со₂(SO₄)₃ x x18Н₂О, через раствор в течение 10 мин пропускают инертный газ, затем колбу с раствором плотно закрывают.

Полученный раствор содержит 50˙10^-3 моль/л глицина и 5˙10^-3 г экв/л Со³⁺, при этом молярное соотношение [Co³⁺]: [глицин] = 1 : :10.

3. Получение полимера
Аликвотную часть раствора радикального инициатора (0,2 мл) вводят в раствор мономера и проводят полимеризацию при 20^оС в течение 24 ч. Содержание мономера в реакционной массе составляет при этом 20%, концентрация Со³⁺ = 0,2˙ 10^-3 г ˙экв/л, концентрация глицина 2,0˙ 10^-3 моль/л, молярное соотношение [Co³⁺] : [глицин] = 1 : 10, рН 1,85.

Полученный полимер очищают диализом и сушат лиофильно. Выход ПАК 0,75 г (конверсия 75%). Характеристическая вязкость полученной ПАК [η] = =10,6 дл/г; ММ = 14,68 ˙ 10⁶.

Все остальные примеры реализации изобретения, приведенные в табл. 2, выполнены аналогично.

Испытания эффективности флокулирующего действия полиакриловых кислот, проведенные на базе ППГО "Глинозем" показали (см. табл. 2), что эти полимеры являются эффективными флокулянтами-осадителями шлама в производстве глинозема и превосходит по своей эффективности лучшие импортные флокулянты аналогичного назначения.

Формула изобретения

1. Полиакриловая кислота формулы
CH
с характеристической вязкостью [η] = 10,0-15,0 дл / г и мол. м. (14 ÷ 24,4)·10⁶ в качестве высокомолекулярного полимерного флокулянта - осадителя шлама в глиноземном производстве.

2. Способ получения полиакриловой кислоты путем полимеризации акриловой кислоты в воде при 20 - 40^oС в присутствии радикального инициатора, отличающийся тем, что в качестве радикального инициатора используют окислительно-восстановительную систему Co³⁺ - глицин при концентрации Co³⁺, равной (0,10 ÷ 1,50)·10^-3 г-экв/л и глицина - (0,2 ÷ 15,0)·10^-3 моль/л при их молярном соотношении 1 : 1 - 20 соответственно, процесс ведут при концентрации акриловой кислоты 20 - 30 мас.% и рН 1,70 - 1,85.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3