انواع پلی الکترولیت و انواع آن

کاربردهای اصلی پلی الکترولیت های آلی در تولید آب آشامیدنی، در انعقاد و لخته سازی و در آبگیری لجن کارخانه تصفیه آب است. فرآیندهای تولید آب معمولاً با رسوبگذاری و تصفیه دنبال می شوند، اگرچه فقط با آبذهای کمی آلوده، مرحله رسوبگذاری ممکن است حذف شود. معلق سازی گزینه ای به جای رسوب گذاری است، خصوصاً برای آب های حاوی جلبک. لجن حاصل از فرآیندهای جداسازی مختلف دارای محتوای آب بسیار بالایی است و باید به حداقل برسد تا هزینه حمل و نقل به حداقل برسد. پلیمرها در این تهویه لجن نقش دارند.
پلیمرها حداقل چهار دهه در فرآیندهای انعقادی / لخته سازی برای تصفیه آب استفاده شده اند. در مقایسه با زاج، برخی از مزایای ناشی از استفاده از پلیمرها که در تصفیه آب وجود دارد، عبارتند از:
• نیاز به دوز انعقادی پایین تر،
• حجم کمتری از لجن،
• افزایش کمتری در بار یونی آب تصفیه شده،
• کاهش سطح آلومینیوم در آب تصفیه شده،
• صرفه جویی در هزینه تا ۲۵ تا ۳۰٪.

پلیمرها به ویژه در مقابله با مشکلات لخته شدن آهسته در انعقاد دمای پایین یا در تصفیه آب های نرم ورنگی ، از آنجا که در آنجا باعث بهبود اسکان و افزایش مقاومت به لک ها می شود، بسیار مفید است. ظرفیت تشکیل یک مرکز تصفیه ممکن است بیش از دو برابر شود با تشکیل لکه های بزرگتر و قوی تر میزان جداسازی فاز جامد و آب را می توان به میزان قابل توجهی افزایش داد و دوز سایر مواد شیمیایی را کاهش داد. همچنین، طیف وسیعی از آب هایی که قابل تصفیه هستند، گسترده تر است. البته معایبی وجود دارد که هزینه های بالاتر در شرایط خاص و عوامل محیطی، نگرانی اصلی آن محسوب می شوند. حساسیت بیشتری نسبت به دوز اشتباه وجود دارد و به دلیل کدورت و حذف آلی طبیعی در برخی موارد، کارایی کمتری دارد.
با چند استثناء قابل توجه، اطلاعات زیادی در مورد رابطه بین ساختار پلیمر و عملکرد تصفیه در تولید آب آشامیدنی در مورد تأثیر ساختار مولکولی بر انعقاد / لخته سازی، در نرخ رسوب، کیفیت آب محصول و محتوای جامد لجن نهایی منتشر نشده است. فرآوری آب خام به طور معمول شامل روش های فیزیک وشیمیایی، بر اساس انعقاد و لخته سازی مواد جامد معلق و کلوئیدها، و جذب مواد محلول بر روی بسترهای جامد مانند لامپ های هیدروکسید فلزی است. تمرکز در این بررسی بر استفاده از پلیمرهای محلول در فرآیندهای انعقادی و لخته سازی است.

پلی الکترولیت های کاتیونی

انواع بسیاری از پلیمرهای کاتیونی موجود است. ساختارهای پلیمرهایی که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند در شکل نشان داده شده است. معمولاً، اما نه همیشه آنها دارای گروه های آمونیوم کواترنر هستند که صرف نظر از pH بار مثبت رسمی دارند و به آنها پلی الکترولیت قوی گفته می شوند. پلی الکترولیت های ضعیف که خصوصیات کاتیونی را در محیط اسیدی به دست می آورند، نیز وجود دارند.

پلی الکترولیت کاتیونی

پلی الکترولیت پلی (دی آلیل دی متیل آمونیوم کلرید)

پلیمریزاسیون دی آلیل دی متیل آمونیوم کلرید، یک پلیمر محلول در آب PDADMAC را تولید می کند. این پلیمر از وزن مولکولی کم تا متوسط و دارای واحدهای پیرولیدینیوم پنج عضوی است، همانطور که در شکل نشان داده شده است، جایی که پیشخوان از بین رفته است. کوپلیمرهای با وزن مولکولی بالا با آکریل آمید ساخته شده اند.

پلی الکترولیت اپی کلروهیدرین / دی متیل آمین

اپی کلروهیدرین پلیمرهایی با آمونیاک و آمین های اولیه و ثانویه تشکیل می دهد که تهیه آن کاملاً مورد بررسی قرار گرفته است. واکنش اپی کلروهیدرین با یک آمین ثانویه مانند دی متیل آمین، یک پلیمر خطی با وزن مولکولی کم، به نام ECH / DMA تولید می کند، که در آن تمام سایت های فعال، گروه های آمونیومی چهارم و متکی به اصطلاح معمول “پلی آمین” برای این پلیمر هستند.

پلی الکترولیت پلی آکریل آمید کاتیونی (PAM)

کوپلیمرهای تصادفی آکریل آمید و استر کاتیونی استری آکریلوکسی اتیل تری متیل آمونیوم، که از کواترنری شدن DMAEA با متیل کلرید تشکیل می شود، در صنعت آب کاربرد گسترده ای دارند. آنالوگ متاکریلات نیز از نظر تجاری در دسترس است. محتوای کاتیونی در PAM ها یا CPAM های کاتیونی می تواند در محدوده تقریبی ۱۰-۸۰٪ باشد.

پلی آکریل آمید

مشخص شده است که هیدرولیز گروه های استر و در نتیجه از دست دادن بار کاتیونی به دانسیته و pH وابسته به هیدرولیز در شرایط قلیایی تر بستگی دارد:
مشاهده شده است که برخی از تخریب ها حتی در pH= 6 برای پلیمرهای دارای دانسیته بار ۲۴%، با نیمه عمر ۲۴ ساعت در pH= 7 و ۰٫۲۵ ساعت در pH= 8.5 رخ می دهد. این پلیمر در pH 4 پایدار است. هیدرولیز واحدهای آکریل آمید تا pH 8.5 وجود ندارد. کار اخیر در مورد هیدرولیز استر در پلیمرهای کمتر یونی که دارای دانسیته بار ۶% بودند، نیمه عمر ۲۲ ماه را نشان داد، اما سطح pH مشخص نشده است. برای دانسیته بار ۳۰ % فرآیند نیز بسیار کند است، به خصوص برای محلول های خالص، در حالیکه نمک با pH بالاتر از ۸ باعث سهولت تخریب می شود که برای پلیمر با ۱۰۰% بار مشاهده نمی شود. و همچنین از بین رفتن محل های کاتیونی، به دلیل تشکیل گروه های کربوکسیلات آنیونی، تغییر ساختار زنجیره ای بر روی هیدرولیز وجود دارد، که باعث افزایش پسوند زنجیره شده و باعث می شود پلیمر به عنوان یک فلوکولانت کارآمدتر باشد. برای هموپلیمرها، متاکریلات مربوطه در برابر هیدرولیز آسیب پذیرتر است.

پلی الکترولیت های کاتیونی طبیعی

چندین پلیمر طبیعی وجود دارد که دارای خاصیت کاتیونی ذاتی هستند یا می توان پلیمر را اصلاح کرد تا بتواند از پلی اتیلن کاتیونی استفاده کند. برجسته ترین این کیتوزان، کیتین است که به طور جزئی دی استیله شده است و به عنوان یک کوپلیمر تصادفی ۱: ۴ از N-استیل- a-D- گلوکزامین و α-Dglucosamine است. محصول تجاری وزن مولکولی متوسط و دارای دانسیته بار وابسته به pH است. این می تواند در حذف NOM کاملاً مؤثر باشد، حتی اگر در سطح pH خنثی اما کمی شارژ شود (۱۷٪). چنین پلیمر ضعیفی اساسا ممکن است از طریق پیوند هیدروژن از طریق گروه های آمینه آزاد در پلیمر و گروه های هیدروکسیل آلیفاتیک وآروماتیک در NOM عامل باشد. استفاده از كیتوزان در كاربردهای تصفیه آب به طور كلی مورد بازبینی قرار گرفته است، و اشاراتی در مورد استفاده از آن در رفع پساب رنگ، تصفیه پسماندهای فرآوری مواد غذایی، حذف یون فلزی و تهویه لجن انجام شده است. اثر وزن مولکولی و درجه داستیله شدن در انعقاد و لخته سازی سوسپانسیون بنتونیت مورد بررسی قرار گرفته است.
نشاسته، یک پلیمر متشکل از واحدهای آلفا دی گلوکز است که با واکنش گروه OH اصلی در نشاسته تحت واکنش با قلیایی با ان- تری کلرو ۲- هیدروکسی پرویل تری متیل آمونیوم کلرید به مشتقات کاتیونی تبدیل می شود. از طریق پیوند اتر به زنجیره پلیمر وصل شده است. محصول دارای وزن مولکولی متوسط است و دانسیته بار می تواند کم یا متوسط باشد. یک ماده با دانسیته بار متوسط در تست های مربوط به شفاف سازی رس، فاضلاب خام و تصفیه فاضلاب بهتر بوده و به عنوان دفع کننده روغن در امولسیون های آب استفاده شده است. کوپلیمرهای نشاسته پیوند دهید و کلرید آمونیوم ۲-هیدروکسی-۳-متاکریلو اکسی پروپیل تری متیل آمونیوم کلرید یا مخلوطی از دی متیل آمینو اتیل متاکریلات و آکریل آمید برای عملکرد لخته سازی تهیه و ارزیابی شده است.
اصلاح پلی ساکاریدهای طبیعی به عنوان روشی برای ترکیب بهترین ویژگیهای آنها با پلیمرهای مصنوعی مورد بررسی قرار گرفته است. پلی ساکاریدها بر خلاف PAM های زنجیره ای طولانی، نسبتاً برشی پایدار دارند، و تجزیه تخریب پذیر هستند. با این حال، آنها راندمان پایین تری دارند، بنابراین باید در غلظت های بالاتر مورد استفاده قرار گیرند. پیوند پلیمرهای مصنوعی بر روی آمیلوپکتین، صمغ گوار و نشاسته، پلیمرهایی به دست آورده اند که ادعا می شود به دلیل آویز بودن زنجیره های پلیمری، به ویژه در مورد آمیلوپکتین که دارای وزن مولکولی زیاد است و از ساختار بسیار انشعابی برخوردار هستند، موثرتر هستند. یک رویکرد مشابه با گلیکوژن، یک پلی ساکارید با وزن مولکولی بسیار بالا و بسیار شاخه دار، با واکنش گروه های OH با N-( 3- کلرو-۲- هیدرکسی پروپیل) تری متیل آمونیوم کلرید وجود دارد. این محصول در جمع شدن ذرات سنگ آهن نسبت به یک CPAM تجاری با وزن مولکولی متوسط و دانسیته بار کم بهتر عمل کرده است.
تعدادی از عوامل لخته سازی گزارش شده است که بر اساس لیگنین است، که با اصلاح لیگنین کرافت برای ایجاد ویژگی کاتیونی تهیه می شوند. یک محصول واکنش مانیخ و یک مشتق آمونیوم چهارم ساخته شده توسط کلرومتیله شدن و آمینه کردن برای حذف رنگ از پساب های آسیاب پالپ کمتر از آلوم موثر است. عصاره آبی حاصل از دانه های اصلاح شده درخت ترب کوهی مورینگا oleifera پروتئین کاتیونی دارد که می تواند در کاربردهای تصفیه آب مؤثر باشد و مخصوصاً برای کشورهای در حال توسعه مناسب است.

پلی الکترولیت های آکریل آمید آنیونی

پلیمرهای اسید کربوکسیلیک بالا با وزن مولکولی بالا به دست آمده از PAM بطور گسترده ای به عنوان عوامل لخته سازی در آب و سایر صنایع فرآیندی مورد استفاده قرار می گیرند ، جایی که یک چگالی بار کم یک قانون کلی است. کوپلیمرهای با ساختار آنیونی می توانند یا با کوپلیمریزاسیون آکریل آمید و اسید اکریلیک یا نمک های آن، یا با پلیمریزاسیون آکریل آمید و به دنبال آن هیدرولیز جزئی تهیه شوند. برخی از گروه های آنیونی ممکن است هنگامی که هیدرولیز قلیایی استفاده می شود، ایجاد شوند. چگالی بار را می توان با تیتراسیون پتانسیومتری کوپلیمرها یا با تیتراسیون پلی الکترولیت مستقیم تعیین کرد. پلی آکریل آمیدهای های آنیونی یا پلی آکریل آمید های آنیونی، حاوی نسبت های مختلف کومونومر آکریل آمید هستند.

پلی الکترولیت آنیونی طبیعی

بسیاری از پلی ساکاریدهای سولفاته به عنوان بیوپلیمرهای طبیعی یا مشتقات آنها در دسترس هستند که برخی از نمونه ها شامل هپارین، سولفات دکستران، سولفات منان و کندرویتین سولفات هستند، اما کاربردهای آنها عمدتاً پزشکی است. یکی از پیشنهادها برای استفاده در صنعت آب پلی الکترولیت لیگنین سولفونات طبیعی است که با استفاده از سولفون کردن لیگنین با وزن مولکولی کم ساخته می شود. برخی از این پلیمرها از نظر عملکرد معادل پلی آکریل آمیدهای کاتیونی برای آبگیری لجن هستند. تانن ها نیز مورد توجه قرار گرفته اند.

پلی الکترولیت های غیر یونی

پلیمرهای مصنوعی مانند پلی آکریل آمید حدود چهار دهه است که در صنعت آب مورد استفاده قرار می گیرد، اما برخی از پلیمرهای با منشا طبیعی قرن هاست که مورد استفاده قرار می گیرند.

پلی آکریل آمید

پلیمرهای مصنوعی که غالباً به عنوان غیر یونی توصیف می شوند، حاوی حدود ۱-۳٪ از گروه های آنیونی هستند، همانطور که در مورد پلی آکریل آمید که در آن از هیدرولیز گروه های آمید در شرایط آماده سازی بکار می روند. پلی آکریل آمید با هیدرولیز کمتر از ۱٪ با توجه دقیق به غلظت مونومر، pH و دما ساخته شده است. طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته ای ۱۳C مطمئن ترین روش برای تعیین درجه هیدرولیز نمونه های پلی آکریل آمید کنسانتره استفاده می شود.

پلی الکترولیت های غیر یونی طبیعی

موارد استفاده شده شامل نشاسته، گالاکتومنان، مشتقات سلولز، پلی ساکاریدهای میکروبی، ژلاتین و چسب است. آنها به عنوان لکه دار برای کمک به تفکیک جامد-مایع استفاده می شوند و در ساختار، وزن مولکولی، تجزیه پذیری و سهولت انحلال آنها متفاوت است. مزایای اصلی آنها پذیرش آن ها به دلایل بهداشتی و سهولت تجزیه بیولوژیکی است. پیوند پلی آکریل آمید بر روی آمیلوپکتین، صمغ گوار و نشاسته پلیمرهایی به وجود آمده است که گفته می شود به دلیل اتصال زنجیره های پلی آکریل آمید، به ویژه در مورد آمیلوپکتین کاملاً مؤثر است.