پلی الکترولیت کاتیونی – کاربردهای آن
پلی الکترولیت کاتیونی، پلیمرهای محلول در آب هستند که گروه‌های یونی مثبت را در امتداد زنجیره اصلی یا در زنجیره‌های جانبی تحمل می‌کنند. این پلیمر با پلیمریزاسیون رادیکال‌های آزاد آکریل آمید و مشتقات آنها با روش کوپلیمریزاسیون که شامل تکنیک‌های محلول، رسوب و امولسیون است، سنتز می‌شوند.
همچنین شما می‌توانید انواع پلی الکترولیت‌ها را با کلیک بر روی گزینه‌های زیر خریداری کنید.
پلی الکترولیت کاتیونی
واکنش مانیخ یکی دیگر از روش‌های مهم است که می‌توان از طریق آن پلی الکترولیت کاتیونی را پردازش کرد. در اینجا روش‌های تهیه، سازوکارهای متقابل این پلی الکترولیت‌ها و کاربردهای صنعتی محبوب آنها ذکر می‌شود. پلی الکترولیت های کاتیونی کاربردهای زیادی در زمینه‌های مختلف مانند فرآیندهای کاغذ سازی، تصفیه آب و فاضلاب، صنایع نفت و حفاری، جداسازی مواد معدنی، صنایع رنگ و مواد غذایی، مواد آرایشی و دارویی دارند.
پلی الکترولیتهای مبتنی بر آکریل آمید
پلی الکترولیتهای مبتنی بر آکریل آمید، پلیمرهای محلول در آب مصنوعی با قابلیت انعطاف‌پذیری ثابت شده در تعدادی از کاربردها هستند. این پلی الکترولیت‌ها به عنوان لخته‌ساز برای شفاف‌سازی و جداسازی مخلوط های مایع جامد، به عنوان عوامل غلیظ کننده و اتصال دهنده و همچنین برای تشکیل و روانکاری فیلم استفاده می‌شوند.
سنتز پلی آکریل آمید برای اولین بار در دهه 1950 گزارش شد و از آن زمان تولید پلیمرهای آکریل آمید رو به رشد است. توسعه روش‌های تولید موجود و توسعه روش‌های جدید به دلیل مصرف زیاد این پلیمرها ضروری می‌شود. چنین تحولی نیاز به دانش در مورد سینتیک و مکانیسم‌های پلیمریزاسیون یا کوپلیمریزاسیون پلیمرهای آکریل آمید، خصوصیات، اثر نسبت مونومر / کومونومرها و غیره دارد.
Cationic polyelectrolytes آبگریز به ویژه برای ارائه خواص لخته‌سازی عالی و همچنین ویژگی‌های رئولوژیکی آنها انتخاب شدند. پلی الکترولیتهای کاتیونی آکریل آمید معمولاً از طریق پلیمریزاسیون رادیکال آزاد (co) به صورت آبگریزی اصلاح می‌شوند. مشکل حل نشدن شرکت مونومر آبگریز (بازدید کنندگان) در این مورد با اجرای پلیمریزاسیون میسلار که در آن محلول بودن کمونرهای آبگریز با استفاده از سورفاکتانت‌ها افزایش می‌یابد، حل می‌شود.
پلی الکترولیت – مونومر
کاربردهای پلی الکترولیت کاتیونی
علاوه بر این، از این نوع پلیمرها به عنوان لخته‌ساز و عوامل کنترل رئولوژیک به طور گسترده‌ای استفاده می‌شود. به ویژه در عملیات میدان نفتی به عنوان عوامل کنترل ویسکوزیته برای بازیافت بیشتر روغن، افزودنی‌های مایع حفاری و همچنین برای اصلاح خصوصیات جریان و پایداری محلول‌های آبی و ژل‌ها استفاده می‌شوند.
همچنین این پلیمر به عنوان فوق نرم کننده استفاده می‌شوند که بر خصوصیات رئولوژیکی سوسپانسیون‌های متراکم سیمان تأثیر می‌گذارد. فرآیندهای استخراج همچنین از استفاده از پلیمرهای مشتق شده آکریل آمید برای لخته شدن مواد جامد در پراکندگی‌های آبی سود می‌برند.
ممکن است به چندین روش با اجزای مختلف سیستم مانند ذرات معدنی / آلی در پراکندگی‌های آبی نیز تعامل داشته باشند که ممکن است منجر به پایداری یا عدم ثبات پراکندگی شود. ذرات را می‌توان از طریق سه مکانیزم اصلی مختلف که لخته‌سازی را تقویت می‌کنند، بی‌ثبات کرد:
- پل پلیمری
- خنثی سازی بار
- جذب پلیمر
کاربرد پلی الکترولیت کاتیونی در تصفیه فاضلاب
انواع فاضلاب از پساب‌های صنعتی و خانگی تولید می‌شود. یکی از آلاینده‌های مهمی که باید از جریان فاضلاب خارج شود، موارد رنگی است. حذف رنگ از جریان فاضلاب به منبع و ماهیت آن بستگی دارد. تصفیه فاضلاب را می‌توان با روش‌های شیمیایی، فیزیکی، فیزیکی-شیمیایی و بیولوژیکی به دست آورد.
تغییر رنگ با روش شیمیایی مانند اکسیداسیون زمانی ترجیح داده می‌شود که منشا آن ماده آلی باشد. اکسیداسیون را می‌توان با مواد اکسیداتیو مانند هیپوکلریت سدیم و پراکسید هیدروژن به دست آورد با این حال، حذف رنگ با روش فیزیکی مانند جذب در یک برنامه محدود و همراه با روش‌های دیگر به عنوان مرحله نهایی پرداخت اعمال می‌شود. این فرآیند می‌تواند برای فاضلاب‌های مختلف از صنایع رنگرزی، کارخانه‌های نساجی ، صنایع فرآوری مواد غذایی، تقطیر، خمیر کاغذ و غیره استفاده شود.
این نوع ماده به منظور افزایش سرعت رسوب، کاهش حجم و تولید بیوگاز به لجن افزوده می‌شوند. اگرچه کسر وزنی پلی الکترولیت‌ها در آبگیری لجن کم است، اما این مواد تاثیر عمده‌ای در کاهش حجم لجن دارند.
همچنین می‌توانند لجن ایجاد شده را به طور موثر تهویه کنند. افزودن آن نیز می‌تواند تولید متان را افزایش دهد. با این حال، در طی مرحله زیر (> 10 روز) ، استفاده از پلی الکترولیت کاتیونی در دوز بالا می‌تواند به طور قابل توجهی مانع از کارایی هضم شود که ممکن است به اندازه لخته بسیار بیشتر آن نسبت داده شود، در نتیجه در برابر تبادل جرم کارآمد در داخل لجن‌های لجن مقاومت می‌کند.
پلی الکترولیت کاتیونی در تصفیه آب آشامیدنی
کاربرد پلی الکترولیت کاتیونی در تصفیه آب آشامیدنی
پلی الکترولیتهای کاتیونی را می‌توان در تصفیه آب استفاده کرد، به عنوان یک ماده منعقد کننده اولیه یا یک کمک منعقد کننده، زیرا دارای بار مثبت هستند. مشخص شده است که بیشتر ناخالصی‌های کلوئیدی و معلق در آب طبیعی دارای بارهای سطحی منفی هستند. همچنین ناخالصی‌ها یا آلاینده‌ها را خنثی کرده و سپس آنها را در توده‌های بزرگ‌تر برای جداسازی سریع آب جامد توسط رسوب، شناور سازی، سانتریفیوژ، فیلتراسیون یا اسمز معکوس جمع می‌کنند.
از انواع مختلفی از پلی الکترولیت های کاتیونی تجاری می‌توان برای از بین بردن رنگ‌های آلی استفاده کرد. از این ماده با وزن مولکولی کم برای تصفیه آب آشامیدنی استفاده می‌شود تا بو، طعم، ظاهر و رسوب را تا حد قابل قبولی کاهش دهد. به طور کلی، این کار شامل حذف باکتری‌ها، ویروس‌ها، جلبک‌ها، مواد معدنی محلول، مواد آلی محلول و جامدات معلق آب است.
از این نوع پلیمر برای حذف دو مورد مذکور نیز استفاده می‌شود. طبق استانداردهای سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA)، محتوای باقیمانده مونومر AM در پلیمرهای مورد استفاده باید کمتر از 0.05٪ باشد. کدورت موجود در آب خام عمدتاً به دلیل ذرات کلوئیدی است. بنابراین فرآیندهای انعقاد، رسوب و فیلتراسیون لازم است.
از منعقد کننده‌های غیر آلی پایه آلومینیوم، آهن و کلسیم برای تصفیه آب آشامیدنی استفاده شده است. آلوم، به عنوان مثال سولفات آلومینیوم، بیشترین استفاده از منعقد کننده معدنی است که در آن به دلیل تشکیل هیدروکسید آلومینیوم رسوب توانایی جاروب کردن یا رسوب ذرات معلق را دارد. از معایب استفاده از منعقد کننده‌های غیر آلی مصرف زیاد و همچنین محدودیت PH محدود در زیر رسوبات هیدروکسید است.
این معایب باعث افزایش مواد جامد محلول در آب آشامیدنی نهایی می‌شود و همچنین ممکن است به دلیل وجود رسوبات هیدروکسید فلز باعث ایجاد مشکلات خوردگی به خصوص نمک‌های آهن و تولید لجن بیش از حد شود. پلی الکترولیت کاتیونی می‌تواند تا حدی یا به طور کامل، ماده منعقد کننده غیر آلی را جایگزین کند تا هنجارهای شفافیت را در سطح ppm برآورده کند و در نتیجه باعث کاهش قابل توجه تشکیل لجن شود.
اخیراً، تاثیر نوع گروه‌های عملکردی آنیونی و پلی آکریل آمیدهای کاتیونی و PH محلول بر روی مکانیسم جذب پلیمر در سطح آلومینای پراکنده بررسی شده است. مشخص شد که جذب پلی آکریل آمید آنیونی با افزایش PH کاهش می‌یابد، در حالی که در مورد کاتیون پلی الکترولیت، افزایش می‌یابد. سطح جذب بالا نتیجه ساختار پیچیده‌تر ماکرومولکول‌های جذب شده است.
کاربرد کاتیون پلی الکترولیت در آبگیری لجن
در تصفیه لجن به عنوان مواد غلیظ کننده و آبگیری در صنایع مختلف این پلیمر استفاده می‌شود. به طور معمول، دوزهای پلیمرها در محدوده 0.5-1٪ از جرم لجن هستند. یکی از کلاس‌های مهم این Polyelectrolyte، کوپلیمرهای پلی آکریل آمید و آکریلات دی متیل آمینو اتیل کواترن (DMAEA-Q) است. در این کاربرد، تعیین دقیق چگالی بار پلیمر از اهمیت اولیه در خصوصیات پلی الکترولیت برخوردار است، که می‌تواند با استفاده از روش تیتراسیون به صورت آزمایشی تعیین شود.
این ماده بر اساس DMAEA-Q ممکن است از اثرات هیدرولیز سریع رنج ببرند. در تصفیه آب، می‌توان با استفاده از لخته‌سازهای پلیمری با وزن مولکولی بالا، لجن بزرگی که حاوی مقدار زیادی آب است، تولید کرد که حذف آن به طور موثر با فرایندهای مکانیکی معمولی دشوار است.
یک پلی الکرتولیت کاتیونی بسیار کارآمد از طریق کوپلیمریزاسیون آکریل آمید، کلرید آکریلوئیلوکسی اتیل تری متیل آمونیوم کلرید (DAC) و بتی لاکریلات (BA) سنتز شد. ترپلیمر دارای کارایی بالاتری نسبت به پلی (اکریل آمید اکریلوئیلوکسی اتیل تری متیل آمونیوم کلرید) و پلی الکترولیتهای کاتیونی تجاری موجود در محدوده خنثی و دوز مناسب است. مشخص شده است که مکانیسم خنثی‌سازی بار و لخته شدن پل نقش مهمی را در روند لخته‌سازی لجن بازی می‌کند. اخیراً این پلی الکترولیت‌ها آبگریز توسط پلیمریزاسیون با استفاده از یو وی تولید شده‌اند که کارایی بالایی در آبگیری لجن دارند.
پلی الکترولیت کاتیونی در صنعت
کاربرد صنعتی پلی الکترولیت کاتیونی
پلی الکترولیتهای کاتیونی حاصل از آکریل آمید از نظر کاربردهای صنعتی متداول‌ترین انواع پلی الکترولیت هستند. همچنین در طیف وسیعی از وزن مولکولی و چگالی بار موجود هستند. این نوع از پلیمرها از نظر کاربرد به عنوان لخته‌ساز ، بسته به وزن مولکولی آنها هم به عنوان فلوکولانت و هم دفلوکولانت استفاده می‌شوند. لخته‌سازها اساساً مواد جدا کننده جامد مایع هستند تا بار سطحی را به ذرات خنثی منتقل کنند و دفلوکولانت‌ها آنها را قادر می سازد تا در محلول آبی پراکنده شوند.
بسته به مونومر کاتیونی موجود، چگالی بار و وزن مولکولی می‌توان طیف گسترده‌ای از پلی الکترولیت های کاتیونی را تهیه کرد. آکریل آمید یکی از مونومرهای موجود در صنعت برای سنتز پلی الکترولیت است، زیرا از نظر خطی بودن منحصر به فرد است و دارای پیوند هیدروژن قوی، وزن مولکولی بسیار بالا و درجه بالایی از گرانروی غیر نیوتنی است.
پلی آمین‌های کواترنر که از اپی کلرهیدرین و آمین ثانویه مانند دی متیل آمین تولید می‌شوند، انواع دیگری از این پلی الکترولیت با وزن مولکولی کم هستند که معمولاً با کاربردهای بسیار جالبی یافت می‌شوند.
اخیراً سنتز و ساختار پرکاربردترین انواع پلی الکترولیت های کاتیونی ساخته شده از بخش‌های آمونیوم چهارتایی با ترکیب زنجیره رشد و پلیمریزاسیون رشد مرحله‌ای مونومرهای کاتیونی مناسب و همچنین تبدیل شیمیایی پلیمرهای پیش‌ساز واکنشی بدون بار، مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین به خصوصیات کاربردی این پلیمرهای جدید اشاره شد.
کوپلیمرهای آکریل آمید با پلی (کلرید دی متیل دی آلیل آمونیوم) از انواع دیگر این Polyelectrolyte هستند. پلی اتیلن ایمین‌ها نیز تحت شرایط اسیدی به عنوان محلول های آبی 20-30٪ w / w تهیه می‌شوند که به طور کلی بسیار منشعب هستند و از پلیمرهای کم مولکولی هستند.
Cationic polyelectrolytes با ترکیبی از پلیمرهای اصلی با مونومرهایی که دارای گروه‌های آمینه مختلف هستند، یعنی نمک‌های آمونیوم نوع اول، دوم، سوم یا چهارم به عنوان جزئی مثبت در زنجیره اصلی ساختاری شیمیایی کوپلیمر تهیه می‌شوند.
کاربرد کاتیون پلی الکترولیت در جداسازی سنگ معدن
پلی الکترولیت مبتنی بر آکریل آمید به طور گسترده‌ای در زمینه‌های جداسازی سنگ و تیمارهای زباله استفاده می‌شود. از پلی آکریل آمید و پلی الکترولیتهای کاتیونی پایه پلی آکریل آمید می‌توان در جداسازی سنگ معدن و متالورژی برای افزایش کارایی جداسازی (از جمله رسوب گذاری، شفاف سازی و از دست دادن آب لجن)، مانند ذوب روی، معدن منگنز و مس، شیرابه و باقی مانده استفاده کرد.
دانش اساسی در مورد پایداری کلوئید، پلیمرهای جذب شده و تشکیل فلوک برای طراحی پلی الکترولیت‌ها جهت بهبود جداسازی جامد مایع و جامد جامد در فرآوری مواد معدنی لازم است.
جایگزینی گروه‌های مختلف عملکردی کاتیونی و آنیونی در زنجیره پلی آکریل آمید می‌تواند طیفی از کوآگولانت‌ها و فلوکولانت‌ها را برای هر فرآوری مواد معدنی تولید کند. این به طور موثری کلیه محیط های دوغاب از یک ماده معدنی به چند ماده معدنی، مواد جامد کم به بالا معلق، مواد جامد محلول کم تا زیاد و مقدار pH پایین به بالا را در بر خواهد گرفت.
جرم مولکولی را می‌توان با موفقیت از 5 میلیون تا 25 میلیون دالتون برای جداسازی‌های مختلف جامد مایع دستکاری کرد. انواع متداول مونومرهای اکریلیک که در سنتز پلی الکترولیت استفاده می‌شود، در شکل زیر نشان داده شده است:
مونومرهای پلی الکترولیت
کاربرد پلی الکترولیت کاتیونی در بازیافت نفت
عمر چاه نفت و حداکثر مقدار نفت قابل بازیابی به روش‌های بهبود یافته بازیافت نفت بستگی دارد. در میان روش‌های مختلف اعمال شده بازیابی نفت (EOR)، طغیان آب ارزان‌ترین و رایج‌ترین روش بازیابی ثانویه نفت است. این فرایندها برای به حداقل رساندن کانال‌دهی، غلبه بر غلبه بر جاذبه و فاز جابجایی، به تکنیک های کنترل تحرک نیاز دارند.
برای بهبود نسبت تحرک در فرآیند جاری شدن سیل، می‌توان پلی الکترولیت محلول در آب را به آب غرقاب اضافه کرد. پلی آکریل آمید و کوپلیمرهای آن نوعی از پلی الکترولیتهای محلول در آب هستند که به دلیل بهترین نسبت عملکرد / قیمت در انواع مختلف پلیمرها، استقبال زیادی در حوزه نفت پیدا کرده است. برای افزایش خروجی روش EOR، پلی الکترولیتهای یونی به آبهای سیلاب اضافه می‌شوند. پلی الکترولیت‌ها بازیابی نفت خروجی را با جابجایی نفت از منافذ و سطوح سنگ ها افزایش می‌دهند و همچنین نفوذپذیری آب را کاهش می‌دهند.
کاربرد پلی الکترولیت کاتیونی در ساختار خاک
پلی الکترولیتهای بر پایه پلی آکریل آمید از جمله پلیمرهای صنعتی است که معمولاً برای کنترل پایداری و رفتار لخته‌سازی سوسپانسیون‌های کلوئیدی و اصلاح رئولوژی سیستم‌ها استفاده می‌شود. پلی الکترولیت های کاتیونی از طریق فعل و انفعالات الکترواستاتیک با سطوح ذره با بار منفی قادر به ایجاد ثبات در ذرات متحمل بار منفی مانند رس و کائولینیت هستند.
جذب Cationic polyelectrolytes به ذرات دارای بار منفی به برخی از پارامترها مانند PH، قدرت یونی و دما بستگی دارد. بررسی بار سطحی و وزن مولکولی پلی الکترولیت روی شیمی سطح، سرعت ته‌نشینی، اندازه‌ها و فشردگی بستر رسوبات تعلیق‌های کائولینیت نشان داده است که در pH 7 و غلظت‌های بهینه پلیمر، اندازه‌های گلدان کائولینیت بزرگ‌تر و سرعت ته‌نشینی است در حضور پلی الکترولیت آنیونی بیشتر از کاتیون پلی الکترولیت است.
لخته‌سازی مطلوب برای پلی الکترولیت آنیونی مربوط به کاهش اندک در مقدار پتانسیل زتا بود، در حالی که در مورد پلی الکترولیت کاتیونی، لخته سازی مطلوب با خنثی‌سازی بار به کاهش مقدار پتانسیل زتا به صفر مرتبط شد.
پلی الکترولیت های کاتیونی با وزن مولکولی بالا
پلی الکترولیتهای پلی آکریل آمیدی کاتیونی با وزن مولکولی بالا که به عنوان فلوکولانت اصلی عمل می‌کنند و می‌توانند بهترین نتایج را در از بین بردن سطح جامدات معلق بالا در آب در گردش، ایجاد کنند.
به نظر می‌رسد پلی آکریل آمیدهای کاتیونی با وزن مولکولی بالا بهترین شانس را برای جلوگیری از رسوب شکاف و گل رودخانه دارند. پلی آکریل آمید کاتیونی با وزن مولکولی بالا در میزان دوز کم (0.5 تا 2 میلی‌گرم در لیتر) به طور نامنظم استفاده می‌شود و بدین ترتیب یک روش تصفیه مقرون به صرفه فراهم می‌کند.
توانایی لخته‌سازی پلی الکترولیت‌ها، با افزایش وزن مولکولی پلی آکریل آمید کاتیونی بهبود می‌یابد. افزایش جذب پلی اتیلن با افزایش pH، پوشش بیشتری را برای ذرات ایجاد می‌کند و از این رو یک توده انعقادی آگلومره شل (نیمه ساختاری) ایجاد می‌کند.
اثربخشی این پلی آکریل آمیدهای کاتیونی (خاصیت کاتیونی 30%) به عنوان فلوکولانت با افزایش pH کاهش یافته است. مقدار pH بحرانی در حدود 7 بوده، که بالاتر از آن لخته‌سازی ضعیف با کدورت باقیمانده بالاتر، کاهش نرخ فرونشست فلاک و تشکیل لخته‌های ضعیف مشخص می‌شود.
عملکرد فلوکولانت با اندازه‌گیری میزان جذب پلیمر، میزان فرونشست از سوسپانسیون‌های لخته شده، کدورت باقیمانده حاصل از آن و تحرک الکتروفورز ذرات تحت تصفیه با pH 5.0 انجام شده است. مشخص شد که تغییر چگالی بار کاتیونی پلیمرها بر عملکرد فلوکولانت تأثیر نمی‌گذارد و پل زدن مکانیسم غالب برای ناپایداری سوسپانسیون است.
پلی الکترولیتهای با وزن مولکولی بالا کاتیونی، متوسط تا زیاد، به طور مساوی یا بهتر از آلوم به عنوان لامپ‌های اصلی عمل می‌کنند. سپرده ذرات كاتيونی با وزن مولكولی بالا، از جنس رسوب ذرات پتانسيل بالای كلونيک استحكام بالای چسبندگی نسبت به آلوم دارد و در نتيجه كاهش جدايی با افزايش سرعت و يا افزايش طول مدت تصفيه كاهش می‌يابد. پلی آکریل آمید کاتیونی با وزن مولکولی بالا، در هر چگالی بار و در هر دوز 5/0 گرم در لیتر می‌تواند از 10-20 میلی گرم در لیتر آلوم مؤثرتر باشد.
پلی الکترولیتهای کاتیونی با وزن مولکولی بالا، به طور مساوی یا بهتر از آلوم به عنوان فلوکولانت‌های اصلی عمل می‌کنند. ذرات پلی الکترولیت كاتيونی با وزن مولكولی بالا، پتانسیل بالایی در انعقاد داشته و قدرت چسبندگی به ذرات در آنها نسبت به آلوم بیشتر است و در نتيجه كاهش جدايی با افزايش سرعت و يا افزايش طول مدت تصفيه كاهش می‌يابد.
پلی آکریل آمید کاتیونی با وزن مولکولی بالا، در هر چگالی بار و در هر دوز 5/0 گرم در لیتر می‌تواند از 10-20 میلی گرم در لیتر آلوم مؤثرتر باشد.
پلی الکترولیتهای پلی آکریل آمید در شفاف‌سازی آب در فرایندهای صنعتی و شهری کاربردهای تجاری گسترده‌ای پیدا کرده‌اند. پلی آکریل آمیدها به‌طور گسترده به عنوان عوامل لخته کننده در آب و سایر صنایع فراوری مورد استفاده قرار می‌گیرند، جایی که یک قاعده کلی دارای چگالی کم بار است.
از پلی آکریل آمید برای انعقاد ماده معلق که حاوی یون‌های محدود Hg + 2 است استفاده شده است. پلی آکریل آمید و مشتقات آن از مهم‌ترین و پر استفاده‌ترین فلوکولانت‌ها هستند.
برای خرید مواد شیمیایی می‌توانید از طریق راه‌های ارتباطی موجود در سایت با کارشناسان بخش فروش دکتر کمیکال ارتباط برقرار کنید.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.