адсорбция метацида на бентонитовой глине

Балыкбаева Гулжан Толепбергенкызы

Канд. хим. наук, ст.преподпаватель, КГУ им. Коркыт Ата, г. Кызылорда

E-mail: bal_ gulzhan@ mail.ru

the Adsorption of metacide bentonite clay

Gulzhan Balikbaeva

Candidate, Сhemical, Senior Lecturer, Korkyt ata Kyzylorda State University

АННОТАЦИЯ

Исследована адсорбция метацида (МЦ) на поверхности бентонитовой глины в зависимости от концентрации МЦ и рН среды.

Установлено, что с увеличением рН среды возрастает адсорбция МЦ, которая связана с ростом отрицательного заряда частиц бентонитовой глины. Электрокинетический потенциал частиц активированного бентонита существенно повышается в отрицательную сторону с ростом рН среды, что способствует росту адсорбции МЦ. Экспериментальные результаты по адсорбции МЦ на бентонитовой глине объяснены на основе теории адсорбции полиэлектролитов Хесселинка.

ABSTRACT

Adsorption of metacide (MC) bentonite clay depending on concentration of MC and pH of the medium was studied.

It was established, that the rise of pH increases adsorption of MC. It is explained by growth of negative charge of particles of bentonite clay. Electrokinetic potential of particles of bentonite clay and adsorption of MC essentially increases to the negative, when pH of the medium rises. Experimental data on adsorption of MC on bentonite clay are explained on the basis of Hesselink theory of adsorption of polyelectrolytes.

Ключевые слова: кислотоактивированной бентонитовой глины; метацид; адсорбция.

Keyword acid activated bentonite clay; metacide; adsorption.

Водорастворимые соли бактерицидного полимера – полигексаметилен-гуанидинхлорида - метацида (МЦ) обладают высокими бактерицидными свойствами в отношении вегетативных форм микроорганизмов. Они активны в широком диапазоне рН и сохраняют высокую активность в присутствии больших количеств органических примесей [1, с. 310].

В связи с этим возникла необходимость в изучении адсорбции МЦ на поверхности адсорбента – активированного кислотой бентонитовой глины, для создания бактерицидных фильтров. Такие фильтры могут быть использованы для очистки питьевой воды от химических примесей и бактерий в экологически неблагополучных регионах Приаралья Республики Казахстан.

Исследование кинетики адсорбции высокомолекулярных соединений глинистыми частицами важны по нескольким причинам - кинетика адсорбции играет важную роль во флокуляции дисперсных систем полимерами и часто определяет механизм данного процесса. Из-за различий во времени адсорбции полимеров на частицах различной природы во многих случаях удается добиться селективного разделения минеральных смесей [2, с. 144]. Знание кинетики адсорбции бактерицидных полимеров частицами кислотоактивированной бентонитовой глины необходимо для целенаправленного регулирования процесса очистки Сырдарьинской воды от болезнотворных микробов.

Кинетику адсорбцию метацида на поверхности частиц кислотоактивированной бентонитовой глины изучали при комнатной температуре в диапазоне 5—240 минут интерферометрическим методом.

Результаты рентгенофазового анализа. показывают, что все анализируемые образцы бенионитовой глины (естественный, термообработанный и кислотооактивированный) имеют одинаковые дифрактограммы, характерные для минералов группы монтмориллонита.

В данной работе приведены результаты изучения кинетики адсорбции метацида на поверхности кислотоактивированной бентонитовой глины. Показано, что с увеличением продолжительности контакта макромолекул МЦ с частицами от 5 мин до 4 часов удельная адсорбция полимера закономерно возрастает. Как и следовало ожидать, с ростом рН адсорбция МЦ на поверхности активированного кислотой бентонита существенно возрастает.

Известно [3, с. 168], что при кислотной обработке бентонита уменьшается величина его обменной емкости. Это сопровождается разрушением структуры монтмориллонита, и в обменном положении, наряду с ионами водо рода появляются катионы алюминия. При этом высвобождается некоторое количество силикагеля, что приводит к увеличению удельной поверхности активированных образцов в 2—4 раза по сравнению с таковой естественных бентонитов. Это приводит также к появлению крупных переходных пор и увеличению пористости образца.

При рассмотрении кинетики адсорбции полимеров и, в частности, полиэлектролитов, следует учитывать как время диффузии макромолекул к поверхности частиц, так и собственно кинетику адсорбции, то есть время, необходимое для достижения равновесной конформации макромолекул в поверхностном слое. Измеряемая на опыте величина адсорбции определяется действием обоих указанных факторов. Интересно выявить, хотя бы приблизительно, их относительный вклад в удельную адсорбцию полимеров. Согласно Грегори [4, с. 231—243], при добавлении раствора полимера к дисперсии можно условно выделить следующие стадии: а) смешивание (распределение) макромолекул полимера между частицами; б) адсорбция полимерных сегментов на поверхности частиц; в) перераспределение адсорбированных цепей, то есть переход конформации макромолекул от исходного состояния в растворе до равновесного или близкого к равновесному состоянию на поверхности; г) столкновение частиц с адсорбированными полимерами с образованием флокул.

Обычно применяемое на практике смешение малого объема раствора флокулянта со сравнительно большим объемом дисперсии требует определенного времени, в течение которого на поверхности некоторых частиц может адсорбироваться избыточное количество полимера, что приведет к их стабилизации. Во избежание этого осложнения в наших опытах осуществлялось быстрое смешивание равных объемов дисперсии и раствора метацида. Можно предположить, что кинетика адсорбции полимеров, по крайней мере в начальной стадии процесса, когда покрытие поверхности еще низкое, контролируется диффузией, то есть в этих условиях скорость адсорбции будет зависеть от скорости подхода полимерных молекул к поверхности. По мере ее заполнения скорость адсорбции будет падать из-за уменьшения числа доступных для сегмента мест.

Скорость адсорбции определяется числом встреч частица-макромолекула за единицу времени в единице объема, то есть [1]:

V=k_1,2×N₁×N₂                                                          (1)

где N₁- число частиц бентонита и N₂ - число макромолекул в единице объема, k_1,2- константа скорости адсорбции. Таким образом, с ростом концентрации метацида в растворе скорость адсорбции должна расти. Это действительно имеет место на опыте, особенно при малых концентрациях метацида в растворе.

Константа скорости адсорбции может быть вычислена по уравнению для перкинетического процесса (при медленном перемешивании системы) столкновения неодинаковых сфер (полимерный клубок метацида аппроксимируется эквивалентной сферой), справедливого для транспорта, контролируемого диффузией [5]:

                                        (2)

где k -константа Больцмана, Т- абсолютная температура, h - вязкость среды,

r₁ и r₂ - радиусы частиц бентонита и полимерного клубка метацида соответственно.

Предполагая, что концентрация частиц в системе неизменна (то есть не происходит агрегации частиц в ходе адсорбции) и что константа скорости адсорбции не зависит от степени покрытия поверхности полиэлектролитом можно найти выражение для времени t_А, необходимого для адсорбции f доли добавленного полиэлектролита [4, с. 231—243]:

t_А=-ln(1-f)/k_1,2×N₁                                                  (3)

Изотерма адсорбции МЦ на кислотоактивированном бентоните описывается классическими изотермами, характеризующимися полным извлечением МЦ из раствора при низких концентрациях и выходом кривых на плато при высоких. Рост адсорбции МЦ с увеличением рН среды связан, по-видимому, с повышением отрицательного заряда частиц бентонитовой глины, что подтверждено существенными изменениями электрокинетических значений. Сопоставление данных кинетики адсорбции с константами скорости адсорбции, вычисленными по уравнению Грегори для перикинетического процесса столкновения неодинаковых сфер (частицы бентонита и полимерного клубка) показывает, что величина адсорбции МЦ определяется и диффузией макромолекул к поверхности, так и вторичными процессами перераспределения адсорбированного гетеродисперсного МЦ во времени. Опытные закономерности адсорбции МЦ на бентонитовой глине объяснены на основе теории адсорбции полиэлектролитов Хесселинка.

Список литературы:

1.Афиногенов Г. Е., Панарин Е. Ф. Антимикробные полимеры // Сб. Гиппократ. – 1993. – 310 с.

2.Баран А.А., Тесленко А.Я. Флокулянты в биотехнологии. Л.: Химия. 1990, - 144 с.

3.Батталова Ш.Б. Физико-химические основы получения и применения катализаторов и адсорбентов из бентонитов. – Алма-Ата: Наука, 1986. – 168 с.

4.Gregory J. Flocculation kinetics of zyncosulphids luminophora in the presense of cation polyelectrolytes // Colloids and Surfaces. – 1988. – 31. – P. 231—243.