ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЕТЕРОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТОВ НА АГРЕГИРУЮЩИЕ ДЕЙСТВИЯ ГИДРОДИСПЕРСИИ МОЛДЫАГАШСКОЙ ГЛИНЫ

STUDY OF THE INFLUENCE OF HETEROFUNCTIONAL POLYELECTROLYTES ON THE AGGREGATION ACTIONS OF HYDRODISPERSION OF MOLDYAGASH CLAY

Zhanna Turgynbekova

Master's student , Department of Chemistry and Chemical Technology, Taraz Regional University named after M.H. Dulati,

Kazakhstan, Taraz

Moldir Rakhmetkulkyzy

Master's student, Department of Chemistry and Chemical Technology, Taraz Regional University named after M.H. Dulati,

Kazakhstan, Taraz

Amankayt Asanov

Scientific supervisor, Ph.D., Professor, Taraz Regional University named after M.H. Dulati,

Kazakhstan, Taraz

АННОТАЦИЯ

В данной статье исследованы процессы взаимодействия гидродисперсии глины с растворимыми биополимерами желатин и агар-агар. На основании результатов измерения объема осадка, скорости фильтрации, оптической плотности, а также вязкости и электропроводности гидродисперсий Молдыагашской глины установлено, что процесс взаимодействия макромолекул водорастворимых функциональных полимеров желатина и агар-агар с частицами твердой фазы приводит не только к изменению размеров агрегатов, но и поверхностных свойств дисперсной фазы. B ходе исследования были изучены флоккулирующие и стабилизирующие свойства азотсодержащих водорастворимых полимеров желатина и агар-агар при взаимодействии с гидродисперсиями глины. Данные свидетельствуют, что при добавлении низких концентраций полимера имеет место процесс флокуляции, происходит укрупнение частиц твердой фазы и гидрофобизация поверхности, при дальнейшем увеличении количества добавляемого полимера флокулы несколько уменьшаются, их поверхность гидрофилизируется и система стабилизируется.

ABSTRACT

In this article, the processes of interaction of hydrodispersion of clay with soluble biopolymers gelatin and agar-agar are investigated. Based on the measurement results of sediment volume, filtration rate, optical density, as well as viscosity and electrical conductivity of Moldyagash clay hydrodispersions, it was found that the process of interaction of macromolecules of water-soluble functional polymers gelatin and agar-agar with solid phase particles leads not only to a change in the size of aggregates, but also the surface properties of the dispersed phase. In the course of the study, the flocculating and stabilizing properties of nitrogen-containing water-soluble polymers of gelatin and agar-agar were studied when interacting with hydrodispersions of clay. The data indicate that when low polymer concentrations are added, a flocculation process takes place, solid phase particles are enlarged and the surface is hydrophobized, with a further increase in the amount of polymer added, the floccules decrease somewhat, their surface is hydrophilized and the system is stabilized.

Ключевые слова: гидродисперсия глины, полимеры, биополимер желатин, агар-агар, флоккулирующие свойства, стабилизация

Keywords: clay hydrodispersion, polymers, gelatin biopolymer, agar-agar, flocculating properties, stabilization

В настоящее время растет потребность в целенаправленном, направленном изменении некоторых физических, коллоидно-химических свойств глины в связи с увеличением использования глинистых минералов в различных отраслях промышленности, хозяйства, медицины. Это связано с тем, что многие виды производства используют глинистые продукты в нефтегазодобывающей отрасли -для поиска рудников, в горнодобывающей промышленности - для приготовления буровых растворов. В то же время некоторые естественно очищенные формы глины также широко используются в медицине в качестве адсорбента или в процессе получения лекарств. Но применение глинистых продуктов в таких разнообразных отраслях промышленности требует изменения некоторых их физических, коллоидно-химических свойств в соответствии с требованиями этих отраслей. Среди указанных отраслей производства глинистые продукты часто используются в нефтегазовой промышленности. Особенно в последние годы он растет необычайными темпами. Но физические, коллоидно-химические свойства глины не всегда соответствуют требованиям нефтегазодобычи. Потому что из-за низкой степени диспергирования и слабых гидрофильных свойств некоторых их водные растворы становятся недостаточно стабильными. Кроме того, не хватает загустительностных свойств. Поэтому считается, что использование водорастворимых полимеров для регулирования этих недостатков, в отличие от данных, представленных в настоящее время в научных данных, заслуживает этой цели.

Выбор глины Молдыагаш, расположенного в южном регионе Республики Казахстан, в качестве объекта исследования обусловлен достаточным запасом и удобством транспортировки, но использование данной глины в различных сферах производства, хозяйства ограничено. Его причина связана с высокой стабильностью водной дисперсии, отсутствием вяжущих свойств, адсорбирующих, а также способности удерживать воду в себе. По этой причине при целенаправленной, направленной регуляции этих свойств в настоящее время в промышленных условиях используется карбоксиметилцеллюлоза, представляющая собой искусственный водорастворимый полиэлектролит, химически преобразованный в натуральную целлюлозу, и полиакриламид, относящийся к синтетическому полиэлектролиту, полученный путем частичного гидролиза продукта. Но в своей работе вместо синтетического полимера, мы решили взять водорастворимые биополимеры такие как желатин и агар-агар и сравнить их свойства и влияние их свойств на гидродисперсии Молдагашской глины. В связи с тем что, биополимеры производятся из природных и возобновляемых источников, таких как растительные материалы или микроорганизмы. Они обладают низкой токсичностью и могут быть биологически разлагаемыми, что снижает их воздействие на окружающую среду.

Увеличение объема осадков, которое происходит с ростом количества добавленного полимера, связано с агрегированием и увеличением размера мелких частиц гидродисперсий глины. Это приводит не только к ускорению процесса отделения твердой фазы, но также вызывает осветление жидкой среды над осадками.

Причина изменения объема осадка таким образом, исходя из количества добавленных реагентов, заключается в том, что в системе недостаточно для укрупнения мелких частиц гидродисперсии глины, когда добавленные реагенты меньше оптимального количества, поэтому в этом интервале мелкие частицы дисперсной фазы могут находиться в исходном измерении или частично укрупненном состоянии. По этой причине объем осадка в этом интервале незначителен, в отличие от объема исходного осадка, а при оптимальном количестве присоединенных полиэлектролитов возникает ситуация полного укрупнения мелких частиц дисперсной фазы. При дальнейшем превышении количества добавленного реагента объем укрупненных агрегатов становится постоянным или происходит увеличение. Так как в этом интервале укрупненные агрегаты имеют тенденцию к равномерному уплотнению с частичным постепенным измельчением. Это явление вызвано тем, что поверхностная часть укрупненных агрегатов полностью покрывается слоем, образованным адсорбированной макромолекулой, и вследствие гидрофилирования агрегатов, повышенной склонности к скольжению. На различение объема осадка между исследуемыми концентрациями, исходя из типов добавленных реагентов, в определенной степени влияет гибкость функциональных групп полиэлектролита к конформационным изменениям, связанным с расположением в макромолекуле и природой макросов [1]. В то же время различия между количественными значениями объема осадка также связаны с механизмом их взаимодействия с мелкими частицами дисперсии бентонита.

Гидрофобизация поверхности укрупненных и агрегированных частиц также приводит к ускорению процесса разделения твердой фазы и более полному осветлению жидкой среды над осадками в области повышенной концентрации.

Рисунок 1 . Взаимосвязь между концентрацией добавляемого полимера и изменением объема осадков и отстоев гидродисперсий глины

Оптическая плотность остоя над осадками с ростом концентрации постепенно растет, это происходит из-за неполного и медленного разделения деагрегированных гидрофилизированных частиц дисперсной фазы

Рисунок 2. Взаимосвязь между концентрацией добавляемого полимера с изменением объема осадков и оптической плотности отстоев гидродисперсий глины

Сравнение изменений скорости фильтрации (U_отн) и оптической плотности фильтратов (D_флт) в гидродисперсиях глины в зависимости от концентрации желатина и агар-агар показывает, что при увеличении количества добавляемого полимера в систему, скорость фильтрации (_Uотн) увеличивается и достигает максимального значения.

При анализе изменений относительной скорости фильтрации (Δсзл) и приведенной скорости фильтрации (∆U) в присутствии различных концентраций исследованных полиэлектролитов нетрудно увидеть, что медленная фильтрация происходит в присутствии полиэлектролита агар-агар [2]. Причина этого в том, что поверхностная часть укрупненных бесформенных агрегатов, образованных в присутствии агар-агар, имеет относительно высокие гидрофильные свойства. Он связан со всеми тремя гидрофильными функциональными группами. А в функциональной группе одного поколения желатина есть только одна гидрофильная часть. В связи с этим порядок расположения макромолекул на поверхности укрупненных частиц несколько отличается по сравнению с полиэлектролитом агар-агар. То есть поверхность укрупненных частиц, образованных в присутствии полиэлектролита желатина, может быть более гидрофобной, чем в присутствии некоторого агар-агар. Это, в свою очередь, приводит к тому, что гидродисперсия глины имеет несколько более высокую фильтрующую способность [1].

Одновременно с этим, значения оптической плотности (D_флт) при оптимальной дозе полимера имеют минимальное значение и незначительно возрастают в случае с агар-агаром, но значительно возрастают в случае с желатином. Это свидетельствует о том, что при взаимодействии частиц гидродисперсии глины с желатином сначала происходит агрегирование и укрупнение частиц, которые сопровождаются гидрофобизацией поверхности, а затем происходит частичная стабилизация, которая затрудняет разделение дисперсной фазы и приводит к увеличению оптической плотности осадка и фильтрата. В случае с агар-агаром, агрегирование частиц происходит в стабильном темпе [3].

Рисунок 3. Взаимосвязь между концентрацией добавляемого полимера и изменением скорости фильтрации и оптической плотности фильтратов гидродисперсий глины

Так, при определении стабильности гидродисперсии Молдыагашской глины и его фракций, отличающихся мелкими частицами дисперсной фазы, по объему осадка, скорости фильтрации, оптической плотности, это указывало на то, что изменение важных коллоидно-химических свойств в обеспечении потребности указанного производства, хозяйства существенно зависит от порядка расположения и концентрации в макромолекуле функциональной группы присоединенных высокомолекулярных полиэлектролитов.

Список литературы:

1. Asanov А., Aitekova A.R. Structure forming ability of polyelectrolytes, differing in the proportion and charge of functional groups // 8th International Scientific Conference «European Applied Sciences: modern approaches in scientific researches». Stuttgart, Germany, Jenuary 30, 2014. - P.148-152.
2. Д.П. Сало, Ф.Д. Овчаренко, Н.Н. Круглицкий. Высокодисперсные минералы в фармации и медицине.-Киев: Наукова Думка.-1969.-226 с.
3. Ахмедов К.С., Асанов А. и др. Устойчивость и структурообразование дисперсных систем. - Ташкент: ФАН, 1976. - 8, 10, 13 c.