Сополимер 1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфата и акрилонитрила в качестве катионного флокулянта для очистки оборотных и сточных вод

 

Изобретение относится к новому химическому соединению, а именно сополимеру 1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфата (1,2-ДМ-5-ВПМС) и акрилонитрила (АН), который может использоваться в качестве катионного флокулянта для ускорения процессов сгущения и фильтрации суспензий, очистки промышленных оборотных и сточных вод. Описывается новое соединение: сополимер 1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфата и акрилонитрила общей формулы 1, где n = 3980-4050, m = 135-440, которое может найти применение в качестве катионного флокулянта для очистки оборотных и сточных вод. Техническим результатом при использовании предлагаемого соединения является высокая степень их очистки. 1 табл.

Изобретение относится к новому химическому соединению, а именно сополимеру 1,2-диметил-5- винилпиридинийметилсульфата (1,2-ДМ-5-ВПМС) и акрилонитрила (АН), который может использоваться в качестве катионного флокулянта для ускорения процессов сгущения и фильтрации суспензий, очистки промышленных оборотных и сточных вод.

Известны полимеры солей 2-метил-5-винилпиридина или сополимеры этих солей с виниловыми мономерами (в частности, сополимеры 1,2-диметил-5- винилпиридинийметилсульфата с 2-метил-5-винилпиридином (МВП) и с метилакрилатом (МА)) (А. С. СССР N 364631, МКП C 08 F 126/06, 1972).

Недостатками этих соединений являются сложность процесса их получения, связанная с использованием органического растворителя с последующим осаждением получаемых сополимеров; низкая характеристическая вязкость, а следовательно, низкая молекулярная масса получаемых продуктов - низкая флокулирующая эффективность. При использовании данных соединений в процессах водоподготовки достигаемая степень очистки обрабатываемых систем является недостаточной.

Наиболее близким по структуре и назначению является гомополимер 1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфата, получаемый полимеризацией 1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфата в водном растворе в присутствии инициатора β-оксипропил-трет.- бутилпероксида (ОПП) и используемый в качестве катионного флокулянта для очистки промышленных оборотных и сточных вод (патент РФ N 2048479, МКП C 08 F 26/06, 4/40, 1995).

Однако указанное соединение проявляет недостаточную эффективность при его использовании в процессах водоподготовки: достигаемая степень очистки обрабатываемых вод составляет 82-87%.

Задачей данного изобретения является получение нового полимерного флокулянта с повышенной флокулирующей способностью.

Техническим результатом при использовании предлагаемого соединения является высокая степень очистки оборотных и сточных вод.

Технический результат достигается тем, что в качестве катионного флокулянта для обработки оборотных и сточных вод используется новое соединение: сополимер 1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфата и акрилонитрила (АН) общей формулы где n = 3980 - 4050, m = 135 - 440.

Предлагаемый нами новый сополимер 1,2-диметил-5- винилпиридинийметилсульфата и акрилонитрила получают радикальной сополимеризацией 1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфата с акрилонитрилом в присутствии эффективного инициатора β-оксипропил-трет.-бутилпероксида в водном растворе.

Высокая флокулирующая способность сополимера связана с введением звеньев акрилонитрила в структуре полимера. Звенья акрилонитрила обуславливают дополнительные внутримолекулярные взаимодействия, которые приводят к изменению молекулярно-конформационных параметров его цепи. Вероятно полимерная цепь становится более развернутой, что облегчает взаимодействие активных центров макромолекулы с дисперсными частицами. Чередование "активных зон" - фрагментов четвертичной соли и "неактивных" - фрагментов акрилонитрила - возможно препятствует перезарядке частиц при адсорбции сополимера и их стабилизации. В этом случае должно уменьшаться количество несфлокулированных и частично сфлокулированных частиц и соответственно мутность очищаемой воды, что и наблюдается в ходе эксперимента. Таким образом, введение звеньев акрилонитрила, не являющихся по своей природе активными центрами для протекания процессов флокуляции, в структуру полимера может оказывать влияние на количество образовавшихся мостичных связей между дисперсными частицами системы, то есть увеличивать вклад механизма "мостикообразования" в процесс флокуляции. При этом достигается высокая степень очистки оборотных и сточных вод.

Сополимер 1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфата акрилонитрила.

Сополимер 1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфата и акрилонитрила получают сополимеризацией 1,2-диметил-5- винилпиридинийметилсульфата с акрилонитрилом в водном растворе с использованием инициатора радикальных процессов β-оксипропил- трет.-бутилпероксида при температуре 20^oC в течение 6 часов.

где n = 3980 - 4050, m = 135 -440.

По завершении сополимеризации реакционная масса представляет собой высоковязкий концентрированный раствор сополимера 1,2-диметил-5- винилпиридинийметилсульфата и акрилонитрила в воде, который непосредственно используется при приготовлении рабочих растворов флокулянта для разделения суспензий. В сухом виде сополимер представляет собой порошок белого цвета, растворимый в воде, метаноле, ДМФА, ДМСО и других органических растворителях. Полученные образцы сополиэлектролита имеют высокую молекулярную массу ([η] = 1,5 - 2,6 дл/г).

Пример 1. Синтез сополимера 1,2-диметил-5- винилпиридинийметилсульфата и акрилонитрила.

В стеклянный реактор объемом 250 мл загружают 68,91 г 1,2-диметил-5- винилпиридинийметилсульфата и 1,69 г акрилонитрила, приливают 70 мл дистиллированной воды, перемешивают до получения прозрачного раствора, создают в реакторе инертную атмосферу путем кратковременной (1-2 мин) продувки азотом, вносят 0,01% от массы мономеров инициатора β-оксипропил-трет.-бутилпероксида. Реакционную массу перемешивают и помещают в полиэтиленовый контейнер соответствующего объема, контейнер запаивают и оставляют при комнатной температуре. Процесс сополимеризации до полной конверсии мономеров завершается через 6 часов. Полученный сополимер полностью растворим в воде. Характеристическая вязкость в 2 н. растворе NaCl 2,2 дл/г.

Пример 2. Исследование флокулирующей активности сополимеров 1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфата и акрилонитрила.

Флокулирующая активность сополимеров 1,2-диметил-5- винилпиридинийметилсульфата и акрилонитрила исследовалась спектротурбидиметрическим методом на модельной системе "каолин - дистиллированная вода".

Для исследования процесса флокуляции в водную суспензию каолина с концентрацией 4% вводили флокулянты в количестве C_п = 0,0125 - 2,0 мг/г дисперсной фазы. После перемешивания системы измеряли время перемещения границы раздела флокулы - надосадочная жидкость от первой до второй метки на цилиндре и рассчитывали скорость осаждения (V_ос).

Через 30 мин отбирали надосадочную жидкость и измеряли оптическую плотность (A) на приборе КФК-2 при длине волны λ = 490 нм против дистиллированной воды. В зависимости от величины А подбирали длину кюветы l = 1-50 мм. Мутность надосадочной жидкости (τ) рассчитывали по формуле τ = 2,3 A/l. По результатам измерений находили оптимальные концентрации образцов полиэлектролитов, обеспечивающие наибольшую степень осветления (минимальную мутность надосадочной жидкости) и максимальную скорость осаждения флокул и рассчитывали степень осветления (D_τ) по формуле где τ_o, τ_min - мутность надосадочной жидкости соответственно в отсутствии добавок и при введении оптимальной дозы полиэлектролита.

Оптимальные параметры флокуляции суспензии каолина сополимерами 1,2-диметил-5- винилпиридинийметилсульфата и акрилонитрила и гомополимером 1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфата (прототип, известен в промышленности как катионный флокулянт КФ-91) приведены в таблице.

Из данных, приведенных в таблице, видно, что введение звеньев акрилонитрила в состав полиэлектролита на основе 1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфата в количестве 4,25-10 мол.% позволяет получить флокулянт, при использовании которого повышается степень очистки воды в среднем на 6-8%; расширяется область дестабилизации системы;
увеличивается скорость осаждения частиц в 1,5 раза.

Формула изобретения

Сополимер 1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфата и акрилонитрила общей формулы

где n = 3980 - 4050;
m = 135 - 440,
в качестве катионного флокулянта для очистки оборотных и сточных вод.

РИСУНКИ

Рисунок 1