پلی الکترولیت (کاتیونی و آنیونی)

پلی الکترولیت یکی از پرکاربردتریت فلوکولانت‌هاست که با نام پلی آکریل آمید نیز شناخته می‌شود که دارای 3 دسته کاتیونیک، آنیونیک، نانیونیک به فروش می‌رسد.

همین حالا برای خرید پلی الکترولیت از دکتر کمیکال اقدام کنید

خرید پلی الکترولیت

خرید پلی الکترولیت کاتیونی

خرید پلی الکترولیت آنیونی

پلی الکترولیت چیست؟

کاربردهای اصلی پلی الکترولیت‌های آلی در تولید آب آشامیدنی، در انعقاد و لخته‌سازی و در آبگیری لجن کارخانه تصفیه آب است. فرایندهای تولید آب معمولاً با رسوب‌گذاری و تصفیه دنبال می‌شوند، اگرچه فقط با آب‌های کمی آلوده، مرحله رسوب‌گذاری ممکن است حذف شود.

معلق‌سازی گزینه‌ای به جای رسوب‌گذاری است، خصوصاً برای آب‌های 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 / لخته‌سازی برای تصفیه آب استفاده شده‌اند. 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
• صرفه‌جویی در هزینه تا 25 تا 30٪

پلیمرها به ویژه در مقابله با مشکلات لخته‌شدن آهسته در انعقاد دمای پایین یا در تصفیه آب‌های نرم ورنگی، از آنجا که در آنجا باعث بهبود اسکان و افزایش مقاومت به لک ها می‌شود، بسیار مفید است. ظرفیت تشکیل یک مرکز تصفیه ممکن است بیش از دو برابر شود با تشکیل‌های بزرگ‌تر و قوی‌تر میزان جداسازی فاز جامد و آب را می‌توان به میزان قابل توجهی افزایش داد و دوز سایر مواد شیمیایی را کاهش داد.

همچنین طیف وسیعی از آب‌هایی که قابل تصفیه هستند، گسترده‌تر است. البته معایبی وجود دارد که هزینه‌های بالاتر در شرایط خاص و عوامل محیطی، نگرانی اصلی آن محسوب می‌شوند. 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 تاثیر ساختار مولکولی بر انعقاد / لخته‌سازی، در نرخ رسوب، کیفیت آب محصول و محتوای جامد لجن نهایی منتشر نشده است.

فراوری آب خام به طور معمول شامل روش‌های فیزیک و شیمیایی، بر اساس انعقاد و لخته‌سازی مواد جامد معلق و کلوئیدها، و جذب مواد محلول بر روی بسترهای جامد مانند لامپ‌های هیدروکسید فلزی است. تمرکز در این بررسی بر استفاده از پلیمرهای محلول در فرآیندهای انعقادی و لخته سازی است.

مطلب مکمل: کاربرد پلی الکترولیت در تصفیه آب

پلی الکترولیت کاتیونی

انواع بسیاری از پلیمرهای کاتیونی موجود است. ساختارهای پلیمرهایی که بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند در شکل نشان داده شده است. معمولاً، اما نه همیشه آن‌ها دارای گروه‌های آمونیوم کواترنر هستند که صرف نظر از PH بار مثبت رسمی دارند و به آن‌ها پلی الکترولیت قوی گفته می‌شوند. در واقع پلی الکترولیت‌ها‌‌ی ضعیف که خصوصیات کاتیونی را در محیط اسیدی به دست می‌آورند، نیز وجود دارند.

پلی الکترولیت پلی (دی آلیل دی متیل آمونیوم کلرید)

پلیمریزاسیون دی آلیل دی متیل آمونیوم کلرید، یک پلیمر محلول در آب  PDADMAC را تولید می‌کند. 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. پلی الکترولیت با وزن مولکولی بالا با آکریل آمید ساخته شده‌اند.

پلی الکترولیت اپی کلروهیدرین / دی متیل آمین

اپی کلروهیدرین پلیمرهایی با آمونیاک و آمین‌های اولیه و ثانویه تشکیل می‌دهد 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 می‌کند، که در آن تمام سایت‌های فعال، گروه‌های 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 می‌شود، در صنعت آب کاربرد گسترده‌ای دارند. آنالوگ متاکریلات نیز از نظر تجاری در دسترس است. محتوای کاتیونی در PAM ها یا CPAM های کاتیونی می‌تواند در محدوده تقریبی 10-80٪ باشد.

مشخص شده است که هیدرولیز گروه‌های استر و در نتیجه از دست دادن بار کاتیونی به دانسیته و PH وابسته به هیدرولیز در شرایط قلیایی‌تر بستگی دارد. مشاهده شده است که برخی از تخریب‌ها حتی در PH= 6 برای پلیمرهای دارای دانسیته بار 24%، با نیمه عمر 24 ساعت در pH= 7 و 0.25 ساعت در pH= 8.5 رخ می‌دهد. 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 6% بودند، نیمه عمر 22 ماه را نشان داد، اما سطح pH مشخص نشده است.

برای دانسیته بار 30 % فرآیند نیز بسیار کند است، به خصوص برای محلول‌های خالص. در حالیکه نمک با PH بالاتر از 8 باعث سهولت تخریب می‌شود که برای پلیمر با 100% بار مشاهده نمی‌شود. همچنین از بین رفتن محل‌های 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 می‌توان پلیمر را اصلاح کرد تا بتواند از پلی اتیلن کاتیونی استفاده کند. برجسته‌ترین این کیتوزان، کیتین است که به طور جزئی دی استیله شده است و به عنوان یک کوپلیمر تصادفی 1: 4 از N-استیل- a-D- گلوکزامین و α-Dglucosamine است. محصول تجاری وزن مولکولی متوسط ​​و دارای دانسیته بار وابسته به PH است.

این می‌تواند در حذف NOM کاملاً موثر باشد، حتی اگر در سطح PH خنثی اما کمی شارژ شود (17٪). چنین پلیمر ضعیفی اساساً ممکن است از طریق پیوند هیدروژن از طریق گروه‌های آمینه آزاد در پلیمر و گروه‌های هیدروکسیل آلیفاتیک و آروماتیک 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 لخته‌سازی 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 2- هیدروکسی پرویل تری متیل آمونیوم کلرید به مشتقات کاتیونی تبدیل می‌شود. از طریق پیوند اتر به زنجیره پلیمر وصل شده است.

محصول دارای وزن مولکولی متوسط ​​است و دانسیته بار می‌تواند کم یا متوسط ​​باشد. یک ماده با دانسیته بار متوسط ​​در تست‌های مربوط به شفاف‌سازی رس، فاضلاب خام و تصفیه فاضلاب بهتر بوده و به عنوان دفع‌کننده روغن در امولسیون‌های آب استفاده شده است.

بیشتر بخوانید: پلی الکترولیت تصفیه فاضلاب

کوپلیمرهای نشاسته پیوند دهید و کلرید آمونیوم 2-هیدروکسی-3-متاکریلو اکسی پروپیل تری متیل آمونیوم کلرید یا مخلوطی از دی متیل آمینو اتیل متاکریلات و آکریل آمید برای عملکرد لخته‌سازی 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 زنجیره‌ای طولانی، نسبتاً برشی پایدار دارند و تجزیه تخریب پذیر هستند. با این حال، آن‌ها راندمان پایین تری دارند، بنابراین باید در غلظت‌های بالاتر مورد استفاده قرار گیرند.

پیوند پلیمرهای مصنوعی بر روی آمیلوپکتین، صمغ گوار و نشاسته، پلیمرهایی به دست آورده‌اند که ادعا می‌شود به دلیل آویز بودن زنجیره‌های پلیمری، به ویژه در مورد آمیلوپکتین که دارای وزن مولکولی زیاد است و از ساختار بسیار انشعابی برخوردار هستند، مؤثرتر هستند.

یک رویکرد مشابه با گلیکوژن، یک پلی ساکارید با وزن مولکولی بسیار بالا و بسیار شاخه‌دار، با واکنش گروه‌های OH با N-( 3- کلرو-2- 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 لخته‌سازی گزارش شده است که بر اساس لیگنین است، که با اصلاح لیگنین کرافت برای ایجاد ویژگی کاتیونی تهیه می‌شوند. یک محصول واکنش مانیخ و یک مشتق آمونیوم چهارم ساخته شده توسط کلرومتیله شدن و آمینه کردن برای حذف رنگ از پساب‌های آسیاب پالپ کمتر از آلوم موثر است.

عصاره آبی حاصل از دانه های اصلاح شده درخت ترب کوهی مورینگا oleifera پروتئین کاتیونی دارد که می‌تواند در کاربردهای تصفیه آب موثر باشد و مخصوصاً برای کشورهای در حال توسعه مناسب است.

پلی الکترولیت آنیونی

پلی الکترولیت های آکریل آمید آنیونی

پلیمرهای اسید کربوکسیلیک بالا با وزن مولکولی بالا به دست آمده از PAM بطور گسترده‌ای به عنوان عوامل لخته‌سازی در آب و سایر صنایع فرآیندی مورد استفاده قرار می‌گیرند، جایی که یک چگالی بار کم یک قانون کلی است. کوپلیمرهای با ساختار آنیونی می‌توانند 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 گروه‌های آنیونی ممکن است هنگامی که هیدرولیز قلیایی استفاده می‌شود، ایجاد شوند. چگالی بار را می‌توان با تیتراسیون پتانسیومتری کوپلیمرها یا با تیتراسیون پلی الکترولیت مستقیم تعیین کرد. پلی آکریل آمیدهای آنیونی یا پلی آکریل آمیدهای آنیونی، حاوی‌های 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 نمونه‌ها 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. با استفاده از سولفون کردن لیگنین با وزن مولکولی کم ساخته می‌شود. برخی از این پلیمرها از نظر عملکرد معادل پلی آکریل آمیدهای کاتیونی برای آبگیری لجن هستند. تانن‌ها 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 گیرد. اما برخی از پلیمرهای با منشا طبیعی قرن هاست که مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پلی آکریل آمید

پلیمرهای مصنوعی که غالباً به عنوان غیر یونی توصیف می‌شوند، حاوی حدود 1-3٪ از گروه‌های آنیونی هستند. همانطور که در مورد پلی آکریل آمید که در آن از هیدرولیز گروه‌های آمید در شرایط آماده‌سازی بکار می‌روند. پلی آکریل آمید با هیدرولیز کمتر از 1٪ با توجه دقیق به غلظت مونومر، PH و دما ساخته شده است. طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای 13C مطمئن‌ترین روش برای تعیین درجه هیدرولیز نمونه‌های پلی آکریل آمید کنسانتره استفاده می‌شود.

پلی الکترولیت های غیر یونی طبیعی

موارد استفاده شده شامل نشاسته، گالاکتومنان، مشتقات سلولز، پلی ساکاریدهای میکروبی، ژلاتین و چسب است. آن‌ها به عنوان لکه‌دار برای کمک به تفکیک جامد-مایع استفاده می‌شوند و در ساختار، وزن مولکولی، تجزیه پذیری و سهولت انحلال آنها متفاوت است. مزایای اصلی آن‌ها پذیرش آن‌ها به دلایل بهداشتی و سهولت تجزیه بیولوژیکی است. پیوند پلی آکریل آمید بر روی آمیلوپکتین، صمغ گوار و نشاسته پلیمر به وجود آمده است که گفته می‌شود به دلیل اتصال زنجیره‌های پلی آکریل آمید، به ویژه در مورد آمیلوپکتین کاملاً موثر است.

کاربرد پلی الکترولیت

پلی الکترولیت در ازدیاد برداشت نفت (EOR)

پلی الکترولیت‌های آنیونی مبتنی بر آکریل آمید که پلیمرهای محلول در آب هستند در بسیاری از عملیات های نفتی از جمله حفاری، جریان آب، جریان شیمیایی و بهینه‌سازی پروفایل استفاده می‌شوند. در بیشتر کاربردهای بهبود برداشت نفت (IOR)، پلیمر به‌عنوان اصلاح‌کننده گرانروی عمل می‌کند و باعث افزایش ویسکوزیته فاز آبی می‌شود. این افزایش می‌تواند راندمان رفت‌وبرگشت را در طی فرایند برداشت نفت بهبود بخشد.

HPAM با وزن مولکولی بالا که در عملیات ازدیاد برداشت نفت مورداستفاده قرار می‌گیرد باعث گسترش زنجیره و ایجاد بر همکنش فیزیکی می‌شود و در نهایت ویسکوزیته را افزایش می‌دهد.

گروه‌های آنیونی با بار یکسان در HPAM دافعه دارند و باعث انبساط زنجیره می‌شوند که منجر به ویسکوزیته بالاتر محلول می‌شود. ویسکوزیته محلول HPAM با افزایش وزن مولکولی افزایش یابد؛ بنابراین، این ترکیب در عملیات میادین نفتی مطلوب است؛ چرا که می‌تواند در غلظت‌های کم ویسکوزیته بالایی تولید کند.

پلی الکترولیت جهت تثبیت شیل

پلی‌آکریل آمید با وزن مولکولی بالا به‌عنوان یک پلیمر تثبیت شیل در سیستم‌های گل‌آلود پلی‌آکریل آمید (HPAM) جزئی هیدرولیز شده استفاده می‌شود. HPAM، هنگامی که به‌عنوان عامل کنترل گل شیل مورداستفاده قرار می‌گیرد، با فیلمی که باعث جلوگیری از پراکندگی و تجزیه می‌شود، میکرو شکستگی‌ها و سطوح شیل را می‌پوشاند. کلرید پتاسیم به‌عنوان یک مهارکننده شیل در اکثر سیستم‌های گل‌آلود HPAM مورداستفاده قرار می‌گیرد.

این پلیمرهای پلی‌آکریل آمید ممکن است همو پلیمرها، کوپلیمرها، ترپولیمرها یا ترکیبی از آن‌ها با غلظت حداقل حدود 95٪ واحدهای مونومر آکریلامیدو باشند. نسبت آکریلیک‌اسید به گروه‌های آکریلامید در زنجیره پلیمر، همانند وزن مولکولی می‌تواند در تولید متفاوت باشد. متغیر دیگر قلیایی است که برای خنثی‌کردن گروه‌های اکریلیک اسید استفاده می‌شود و معمولاً NaOH ، KOH یا NH4OH است.

غلظت 10 تا 30٪ از گروه‌های آکریلات خواص آنیونی بهینه را برای کاربردهای حفاری فراهم می‌کند. این سیستم سال‌هاست که به‌عنوان یکی از مهارکننده‌ترین سیستم‌های مبتنی بر آب‌وگل مورداستفاده قرار می‌گیرد و از نظر تجاری در دسترس صنعت است.

هیدراتاسیون شیل که معمولاً هنگام استفاده از جریان‌های مبتنی بر آب در تشکیلات حساس به آب مشاهده می‌شود، دلیل اصلی عدم ثبات چاه است؛ بنابراین، هر مایع حفاری مورداستفاده در شیل باید دارای حداقل واکنش‌پذیری با شیل باشد، این امر به معنای آن است که آب موجود در جریان نباید باعث تورم رس‌های شیل شود. پلیمرهای پلی‌آکریل آمید با وزن مولکولی بالا از نظر تجاری در دسترس هستند و به دلیل توانایی مهار هیدراتاسیون شیل مشهور هستند؛ زیرا HPAM پراکندگی قلمه‌های شیل را کاهش می‌دهد.

پلی الکترولیت به‌ عنوان افزودنی سیال حفاری

HPAM یکی از مهم‌ترین افزودنی‌هایی است که به‌عنوان عامل تعلیق برای تثبیت قلمه‌های حفاری مورداستفاده قرار می‌گیرد. درجه بار می‌تواند از صفر تا 100 درصد متغیر باشد. اگرچه، غلظت تقریباً 10-30 درصد از گروه‌های آکریلات خواص آنیونی بهینه‌ای برای کاربردهای حفاری فراهم می‌کند. در سیالات حفاری، رئولوژی محلول نقش عمده‌ای دارد. در این حالت، مایعات نازک برشی مطلوب هستند که می‌توانند قلمه‌های حفاری را با سرعت برشی کم به حالت تعلیق درآورند؛ اما مقاومت کمی در برابر جریان در سرعت‌های بالای برشی داشته باشند.

پلی الکترولیت در تصفیه آب و فاضلاب

پلی الکترولیت‌های آنیونی سنتزی مانند پلی‌آکریل آمید و کوپلیمرهای آن توجه زیادی را به‌عنوان فلوکولنت‌ها برای تصفیه آب و فاضلاب به خود جلب کرده‌اند. چگالی بار و وزن مولکولی فلوکولنت‌های آنیونی دو عامل مهم در انتخاب شرایط بهینه از دید کارایی و برای بهبود کیفیت آب در تصفیه آب هستند.

پلی الکترولیت‌های آنیونی که وزن مولکولی بالایی دارند و تراکم کم‌بار دارند، به‌عنوان فلاکولانت‌ها و عوامل کنترل گرانروی کاربرد دارند. کوپلیمرهای آکریلامید به‌عنوان کمک‌کننده منعقدکننده همراه منعقدکننده‌های معدنی مانند آلویم، فریک کلرید، هیدروکسید آلومینیوم و فریک سولفات استفاده می‌شود.

پلی الکترولیت آنیونی با تعداد زیادی بار منفی در امتداد زنجیره پلیمر ممکن است با ذرات بر همکنش داشته و به باعث برهم‌زدن ثبات پراکندگی آبی و شفاف‌سازی فاز جامد – مایع می‌شود. این پلیمرهای آنیونی می‌توانند ذرات با بار مثبت را جذب کرده و با مکانیسم خنثی‌سازی بار باعث بی‌ثباتی پراکندگی ذرات شوند.

پلی الکترولیت‌های آنیونی همچنین می‌توانند ذرات با بار منفی را با مکانیسم پل زدن ته‌نشین کنند. بااین‌حال، برای اینکه پل زدن پلی الکترولیت آنیونی موفقیت‌آمیز باشد، نیروهای دافعه بین بخش‌های آنیونی پلی الکترولیت و سطوح منفی ذرات باید کاهش می‌یابد.

برای غلبه بر دافعه الکتریکی و تقویت جذب، غلظت مشخصی از یون‌های فلزی دو ظرفیتی، مانند کاتیون‌های کلسیم و منیزیم، نقش مهمی را ایفا می‌کند که به دلیل اثر غربالگری، نیروهای دافعه را به طور مؤثر کاهش می‌دهند.

جهت خرید و فروش مواد شیمیایی تصفیه آب و فاضلاب با دکتر کمیکال در تماس باشید.

پلی الکترولیت در آبگیری لجن

پلی الکترولیت‌های آبگیری لجن، شامل انواع آنیونی، كاتيونيک یا آمفوتريک، در تصفیه فاضلاب شهری استفاده می‌شوند. کوپلیمرهای آنیونی با وزن مولکولی بالا از آکریلامید (AM) و نمک سدیم اکریلیک اسید (NaAA) [پلی (AM-co-NaAA)] در آبگیری لجن استفاده می‌شوند. این پلیمرها برای اصلاح بار سطحی و امکان انعقاد ذرات معرفی شدند.

خواص منحصربه‌فرد پلی الکترولیت‌های آنیونی و کاتیونی از چگالی و توزیع بارهای منفی و مثبت به ترتیب، در امتداد زنجیر اصلی پلیمر ناشی می‌شود. گروه‌های عاملی آنیونی و کاتیونی می‌توانند با ذرات باردار معلق بر همکنش داشته باشند و سوسپانسیون را بی‌ثبات کنند و در نتیجه باعث انعقاد شوند.

پلی الکترولیت‌های آنیونی مانند HPAM ، دارای بار منفی و پلی الکترولیت‌های کاتیونی که دارای بار مثبت هستند، ذرات پراکنده شده با بار مثبت و منفی را به ترتیب از طریق پیوند یونی و برای برخی از ذرات خنثی از طریق پیوند هیدروژنی جذب می‌کنند. لجن‌ها کلوئیدهایی شامل سیستم‌های دوفاز هستند. از این نوع تصفیه که به آن تصفیه شیمیایی گفته می‌شود برای تصفیه انواع لجن از جمله پسماندهای شهری، خمیر کاغذ و ضایعات صنعتی مختلف استفاده می‌شود.

عملیات مکانیکی مانند مخلوط‌کردن، سانتریفیوژ، خلأ و فشار می‌تواند باعث افزایش میزان زهکشی و میزان آب آزاد شده از لجن شود. اما بهترین کارایی آبگیری نیاز به بهینه‌سازی هر دو روش تصفیه شیمیایی و تجهیزات مکانیکی دارد. پلیمرهای مقاوم در برابر برش، از نظر عملکرد و راندمان نسبت به پلیمرهای سنتی را در محیط‌های پرفشار عملکرد بهتری دارند.

پلی الکترولیت به‌عنوان دیسپرسنت

نقش عوامل پراکندگی پلیمری، تقویت فرایند پراکندگی و اطمینان از اندازه ذرات ریز در ماتریس است، به‌طوری‌که نیروی جاذبه بین ذرات به حداقل برسد.

یک عامل پراکندگی با توزیع یکنواخت ذرات جامد در فاز مایع، ارزش رنگ در مورد رنگ‌دانه‌ها را تقویت می‌کند و به یکنواختی سیستم کمک می‌کند. دیسپرسنت‌های پلیمری، از جمله پلی آکریلیک‌اسید، پلی‌آکریل آمید همو پلیمر و کوپلیمرهای پلی‌آکریل آمید اصلاح شده با کربوکسیلات با وزن مولکولی کم، در صنایع متنوعی از جمله معدن، تصفیه آب، سرامیک، رنگ، جوهر، روکش و … استفاده می‌شود.

بر اساس پلیمرهایی که دارای بار هستند، انواع مختلفی از دیسپرسنت‌های مبتنی بر آکریلامید وجود دارد، مانند دیسپرسنت آنیونی، دیپسرسنت غیر یونی، دیسپرسنت کاتیونی، دیسپرسنت آمفوتر و دیپرسنت ترکیبی. یک دیپرسنت پلیمری شامل هر دو گروه عاملی یونی و غیر یونی، باعث تثبیت ذرات هم از لحاظ الکترواستاتیک و هم از نظر فضایی شده و عملکرد خوبی در پراکندگی سنگ معدنی، رنگ‌دانه‌های معدنی در سرامیک و ذرات رنگ‌دانه رنگی و همچنین سنگ‌دانه‌های بتن برای صنعت ساخت‌وساز دارند.

این پلیمرها به‌عنوان دیسپرسنت برای پوشش‌های بر پایه آب و حلال و همچنین برای رنگ و جوهر رفتار می‌کنند. در محیط‌های غیرقطبی، دافعه فضایی ناشی از ساختار پلیمری امکان ایجاد یک‌لایه ضخیم در اطراف ذرات رنگ‌دانه را می‌دهد که به ساختار مولکولی، وزن مولکولی، کیفیت و گروه‌های جذب شده بستگی دارد. این لایه‌ها دافعه فضایی بین ذرات پوشیده شده را ایجاد می‌کنند که مانع از تجمع ذرات تحت‌تأثیر نیروهای واندروالس می‌شود.

در محیط قطبی، تثبیت الکترواستاتیک بسیار مؤثر است و با جذب گونه‌های پلیمری روی ذرات حاصل می‌شود. در مورد دافعه الکترواستاتیک، گونه‌های پلیمری بارهای منفی دارند که ذرات رنگ‌دانه و سطوح آنها را پوشش می‌دهد.

این ذرات روکش‌دار به دلیل نیروهای دافع الکتریکی ناشی از لایه دوتایی الکتریکی شارژ شده در اطراف ذرات رنگ‌دانه، یکدیگر را دفع می‌کنند. پلی الکترولیت‌های آنیونی با وزن مولکولی کم و چگالی بار بالایی کاربردهای تجاری گسترده‌ای به‌عنوان دیسپرسنت دارند.

پلی الکترولیت‌های آنیونی با وزن کم مولکولی به‌عنوان ماده نازک کننده عمل می‌کنند و برای کاهش ویسکوزیته یا جلوگیری از لخته‌شدن استفاده می‌شوند.

افزودن پلی الکترولیت‌های آنیونی حاوی بارهای منفی مانند پلی کربوکسیلات‌ها، پلی فسفات‌ها، لیگنوسولفونات‌ها و پلیمرهای مختلف سنتزی محلول در آب بارهای الکترواستاتیک ایجاد می‌کند.

این بارهای منفی ذرات مختلف ماتریس را پوشش می‌دهند به‌طوری‌که دافعه الکترواستاتیکی و فضایی بین این ذرات به حداکثر می‌رسد و در نتیجه مانع از هرگونه جمع‌شدن یا لخته‌شدن می‌شوند.

نمک‌های سدیم و آمونیوم پلی الکترولیت‌های مبتنی بر آکریلامید با موفقیت برای این کاربرد استفاده می‌شوند. استفاده از دیسپرسنت بر پراکندگی، مورفولوژی و خصوصیات رئولوژیکی ماتریس تأثیر می‌گذارد به‌گونه‌ای که ویسکوزیته کاهش می‌یابد و ذرات به طور یکنواخت پراکنده می‌شوند.

پلی الکترولیت در جداسازی سنگ معدن

در کلیه عملیات استخراج معادن، مواد جامد و مایع باید از هم جدا شوند. در بیشتر فرایندهای معدنی، ناخالصی ناشی از خردشدن و سنگ‌زنی وجود دارد که باید به‌عنوان ناخالصی از ماده معدنی موردنظر جدا شوند. صنایع معدنی به فلوکولنت‌ها نیاز دارند از جمله صنایع زغال‌سنگ، سنگ‌آهن، بوکسیت، اورانیوم و غیره.

در این میان صنعت زغال‌سنگ بزرگ‌ترین کاربر است و بیشترین استفاده را از فلوکولانت‌های کاتیونی و آنیونی می‌برد. برخی از پلیمرهای طبیعی مانند نشاسته، صمغ گوار، چسب حیوانات و ليگين سولفونات نیز در این صنعت کاربرد دارند. پلیمرهای کاتیونی از نوع آمونیوم کواترنر مانند پلی (دی آلدی دی متیل آمونیوم کلرید) (PDADMAC) یا پلی آمین به‌ویژه در بازیافت زغال‌سنگ کاربرد دارند.

فلوکولنت‌های سنتزی آنیونی شامل کوپلیمرهای پلی (آکریلامیدکو – آکریلات) هستند، اگرچه از پلی‌آکریل آمید غیر یونی نیز استفاده می‌شود. از HPAM با وزن مولکولی و چگالی بار بالا برای جداسازی گل قرمز از آلومینای محلول به‌منظور استخراج فلز آلومینیوم از سنگ معدن بوکسیت استفاده می‌شود.

پلی الکترولیت در تثبیت خاک

کاربرد پلی‌آکریل آمید جهت بهبود خاک در دهه 50 آغاز شد. پلی‌آکریل آمید و مشتقات آن که پلیمرهای سنتزی و محلول در آب هستند، دارای قابلیت تقویت پایداری خاک و کنترل فرسایش هستند.

HPAM یک پلیمر آنیونی و محلول در آب است که بارهای منفی در امتداد زنجیره‌های پلیمری به شکل نمک آنیونی پتاسیم یا آمونیوم دارد و به‌عنوان یک تثبیت‌کننده خاک مورداستفاده قرار می‌گیرد. می‌توان آن را به‌عنوان یک هموپلیمر یا یک کوپلیمر مونومرهای مبتنی بر آکریلامید و متاکریل آمید فرموله کرده و خواص ویژه‌ای به آن داد.

خواص بار یونی HPAM نقش مهمی در جذب آن به خاک دارد. یک پلیمر بسیار آنیونی با بارهای منفی به دلیل دفع زنجیره‌هایی با بار منفی زنجیره‌ای گسترده‌تر و برهم‌کنش بیشتری با خاک خواهد داشت.

تحقیقات ثابت کرده چگالی بار 30٪ بیشترین میزان حفاظت خاک را فراهم می‌کند. وزن مولکولی نیز از کم تا زیاد قابل تنظیم است. اگرچه، پلیمرهای با وزن مولکولی بالا نسبت به نمونه‌های کم‌وزن کارایی بیشتری دارند.

عملکرد HPAM آنیونی در کنترل فرسایش مبتنی بر توانایی آن در تشکیل پیوندهای یونی است که ذرات خاک کوچک‌تر را در کنار هم نگه می‌دارد تا بتوانند ذرات بزرگ را از طریق مکانیسم پل زدن تشکیل دهند.

این فرایند باعث می‌شود خاک در مقابل نیروهای فرسایش پراکندگی و برشی مقاومت بیشتری داشته باشد. علاوه بر این، HPAM نفوذ آب به داخل خاک را افزایش می‌دهد و در نتیجه باعث افزایش رطوبت خاک برای افزایش جوانه‌زنی بذر، رواناب کمتر و کاهش فرسایش خاک می‌شود.

کمپلکس پلی الکترولیتی چگونه تشکیل می شود؟

کمپلکس پلی الکترولیتی در نتیجه برهمکنش‌های الکتروستاتیکی قوی بین حداقل دو پلی الکترولیت با بارهای ناهمنام تشکیل می‌شود. از نظر کمی، کمپلکس‌های پلی الکترولیتی به دو دسته استوکیومتری و غیراستوکیومتری تقسیم می‌شوند.

در حالت استوکیومتری، نسبت اکی مولار پلیمرها با هم برابر است. اما در حالت غیراستوکیومتری، اکی مولارهای یک پلیمر نسبت به دیگری بیشتر است. در حالت غیراستوکیومتری، آب دوستی کمپلکس و انحلال‌پذیری آن بیشتر است. سه مرحله اصلی زیر را در سازوکار تشکیل کمپلکس پلی الکترولیتی وجود دارد:

1. تشکیل کمپلکس اولیه بی نظم
2. تشکیل پیوندهای جدید درون کمپلکس و ایجاد کمپلکس ثانویه منظم
3. ايجاد انبوهه بین کمپلکسی

در گام اول، بلافاصله پس از اختلاط محلول‌های پلیمری با بارهای ناهمنام، نیروهای پیوندی ثانویه مانند برهمکنش‌های الکتروستاتیک بین بارهای ناهمنام ایجاد شده و کمپلکس بی‌نظمی تشکیل می‌شود. این مرحله بسیار سریع رخ می‌دهد.

در گام دوم که تقریبا یک ساعت به طول می‌انجامد، تشکیل پیوندهای جدید درون کمپلکس ادامه می‌یابد یا انحراف‌های موجود در زنجیرهای پلیمری تصحیح شده و کمپلکس ثانویه با آرایش منظم از زنجیرهای پلیمری ایجاد می‌شود.

در گام سوم، برهمکنش‌های آبگریز بین کمپلکس‌های ثانویه منظم، موجب حالت توده‌ای و ايجاد انبوهه کمپلکس پلی الکترولیتی می‌شود. کمپلکس پلی الکترولیتی تشکیل شده در حلال‌های معمولی نامحلول و نسبت مولی پلیمرها در توده تقریباً برابر واحد است.

عوامل موثر بر تشکیل کمپلکس پلی الکترولیتی

اگر چگالی بارهای اجزای سازنده پل یالکترولیت برابر باشد، ذرات کمپلکس ساختار فشرده‌ای دارند. در غیر این صورت، ساختار از حالت فشرده خارج می‌شود. تشکیل کمپلکس پلی الکترولیتی از پلیمر کاتیونی متاکریلوکسی اتيل تری متیل آمونیوم و پلیمر آنیونی پلی استیرن سولفونات بررسی شد. در این مطالعه با کاهش چگالی بار، شعاع هیدرودینامیکی کمپلکس‌های پلی الکترولیتی تا حدود ۲۰ nm کاهش و پایداری (حتی برای نسبت استوکیومتری۱:۱) افزایش یافت.

pH محیط واکنش

در کمپلکس‌های پلی الکترولیتی حساس به pH، به دلیل تغییر چگالی بار با pH، بازده کمپلکس تا حد زیادی وابسته به pH است. در pH‌های کم و غلظت‌های زیاد پلی متاکریلیک اسید به دلیل عدم تفکیک گروه‌های اسیدی پلیمر، کمپلکس تشکیل نمی‌شود. در این شرایط، مقدار آنیون‌های کربوکسیلات تفکیک شده برای پایداری کلی کمپلکس کافی نیست. با افزایش pH، پلی متاکریلیک اسید می‌تواند با یک پلی کاتیون، کمپلکس پایدار تشکیل دهد؛ زیرا تعداد مواضع کربوکسیلات آنیونی از مقدار معین بحرانی زیادتر شده و به سرعت کمپلکس دلمه‌ای مانند (توده‌ای) به دست می‌آید.

قدرت یونی محیط واکنش

قدرت یونی پلی الکترولیت‌ها اثر بسیاری در اندازه نهایی ذرات کمپلکس پلی الکترولیتی دارد. افزایش قدرت یونی با تأثیر روی بارها و جداکردن زنجیرهای پلی الکترولیتی موجب انعطاف‌پذیری بیشتر پلی الکترولیت و کاهش قطر متوسط ذرات می‌شود. اگر جاذبه‌های الکتروستاتیک با افزایش نمک مانند (NaCl) کم شود، رسوب کردن اتفاق نمی‌افتد. وجود نمک، جاذبه بین بارهای ناهمنام پلی الکترولیت‌ها را کاهش می‌دهد. از این رو، جدایی فاز رخ نمی‌دهد و آمیخته همگن و گرانرو به دست می‌آید که ممکن است با کاهش دما ژل شود.

میزان مصرف پلی الکترولیت ها

استفاده و اهمیت پلی الکترولیتی‌ها به سرعت در حال افزایش است. تعداد تولید کنندگان این مواد نیز رو به افزایش است. پلی الکترولیت‌های سنتزی کاربردهای قابل‌توجهی را در زمینه‌های زیر پیدا کرده‌اند:

• صنایع فرایندی
• تصفیه فاضلاب صنعتی
• تصفیه آبتصفیه فاضلاب خانگی

استفاده خاص از پلی الکترولیت‌ها در صنایع فرایندی شامل شفاف‌سازی آب قند خام در صنعت قند و جداسازی گچ از فرایند مرطوب فسفریک اسید است. بهبود پايداری در عمل واگن زغال سنگ؛ افزایش ظرفیت ضایعات در روند مرطوب؛ جداسازی ناخالصی‌های خاک رس از جریان بوراکس؛ بهبود کیفیت رسوب فلز در پالایش الکترولیتی و یا الکترودهایی از مس و روی؛ بهبود عملیات ضخیم شدن در پردازش اورانیوم و غیره.

منعقد کننده پلی الکترولیت

با فرایند لخته شدن و به کارگیری موادی تحت عنوان منعقدکننده‌های پلی الکترولیت (منعقدکننده‌های پلیمری) می‌توان بازده جداسازی ذرات کلوئیدی موجود در محلول‌های سوسپانسیونی را از طریق افزایش اندازه، دانسیته و بار جاذب ذرات افزایش داد.

منعقدکننده‌های پلی الکترولیت، پلیمرهای آلی خطی یا دارای زنجیره شاخه‌دار هستند که در محلول، یون‌های کمپلکس تشکیل می‌دهند. پلی الکترولیت‌ها دارای وزن مولکولی متوسط بوده و کاملا در آب محلول هستند. این مواد به چهار گروه کاتیونی، آنیونی، غیر یونی و پلیمرهای طبیعی دسته‌بندی می‌شوند.

منعقدکننده‌های پلی الکترولیت به اشکال مختلف از جمله پودر خشک، گرانول، محلول‌های آبی، ژل‌های آبی، امولسیون‌های هیدروکربنی تولید می‌شوند و از آنها در صنایع مختلف از جمله آب و فاضلاب، قند، فراوری مواد معدنی، نفت، کاغذسازی، نساجی، داروسازی، بهداشتی و… استفاده می‌شود.

نام تجاری مهم‌ترین منعقدکننده‌های پلی الکترولیت مصرفی در ایران عبارت است از: فلوکولانت، آلکالار، سیپاران، تیرول، پراستیل و سوکرژل. این مواد از مشتقات پلی آکریل آمید و پلی آکریل آمید/ سدیم آکریلات هستند که عمدتاً از کشورهای انگلیس، ژاپن، آلمان، چین و کره وارد می‌شوند.

میزان نیاز صنایع پتروشیمی به منعقدکننده‌های پلیمری ۹۳٫۵، شرکت آلومینای جاجرم ۵۰ ـ ۲۰، صنایع قند در بخش قند چغندری حدود ۲۰ و در بخش قند نیشکری حدود ۲۵ تن در سال گزارش شده است. در حال حاضر در صنعت آب و فاضلاب کشور از دلمه‌کننده‌های معدنی مانند کلرو فریک و سولفات آلومینیوم استفاده می‌شود و کاربرد منعقدکننده‌های پلیمری چندان شناخته شده نیست.

به ترکیبات پلیمری که در pH خنثی دارای مجموعه ای از بارهای مثبت و یا منفی هستند، پلی الکترولیت گفته میش‌ود. بسیاری از مواد به دلیل داشتن گروه‌های یونی مثبت یا منفی روی سطح به عنوان پلی الکترولیت مورد توجه هستند.

کمپلکس‌های پلی الکترولیتی (PEC) در اثر برهمکنش‌های الکتروستاتیک میان دو یا چند پلیمر با بارهای مخالف تشکیل می‌شوند. پلیمرهای استفاده شده برای تهیه کمپلکس‌های پلی الکترولیتی می‌توانند دارای منشأ طبیعی یا سنتزی باشند. اکثر پژوهشگران بر این عقيده هستند که تشکیل PEC پديده‌های آنتروپی محور است.

رهایش یون‌های همراه با جرم مولکولی کم (یون‌های همراه با یون‌های باردار روی زنجیر پلیمری) همان نیروهای مؤثر برای تشکیل PECها در محلول‌های آبی هستند و موجب افزایش آنتروپی سامانه می‌شوند. از جمله مزایای کمپلکس‌های پلی الکترولیتی زیست سازگاری زیاد، زیست تخریب‌پذیری عالی، عدم سمیت و هزینه و انرژی بری کم تولید آنهاست.

عوامل مختلف مانند چگالی بار، جرم مولکولی، غلظت نمک، pH محیط واکنش، قدرت یونی و نسبت اختلاط در تشکیل کمپلکس‌های پلی الکترولیتی موثرند.

کمپلکس‌های پلی الکترولیتی به دلیل رهایش کنترل شده دارو در بافت هدف، ماندگاری و تنظیم سرعت رهایش دارو، به عنوان حامل پلیمری در سامانه‌های دارورسانی بسیار مورد توجه هستند. همچنین از آنها می‌توان در رهایش ژن، واکسن و پروتئین، مهندسی بافت و ساخت غشا استفاده کرد.

پلی الکترولیت‌ها پلیمرهای آلی بلند که اغلب دارای وزن مولکولی بیش از یک میلیون هستند و منشأ طبیعی یا مصنوعی دارند. یک مولکول پلیمری به عنوان یک سری از واحدهای شیمیایی تکرار شده که توسط پیوندهای کووالانسی به هم متصل شده‌اند، تعریف شده است. اگر واحدهای تکراری، یک ساختار مولکولی مشابه داشته باشند ترکیب، هموپلیمر نامیده می‌شود.

اگر مولکول از بیش از یک نوع واحدهای شیمیایی تکراری تشکیل شده باشد، آن را کوپلیمر می‌نامند. واحدهای تکرار شونده منفرد که مولکول را تشکیل می‌دهند، واحدهای مونومر نامیده می‌شوند. بنابراین وزن مولکولی مولکول پلیمری، مجموع وزن مولکولی واحدهای مونومر منفرد است. تعداد کل واحدهای مونومر به عنوان درجه پلیمریزاسیون اطلاق می‌شود.

پلیمرهای طبیعی شامل نشاسته، ژلاتین، صمغ‌های گیاهی و پروتئین‌ها هستند. توانایی چنین پلیمرهای طبیعی به عنوان کمک منعقدکننده‌ها به مدت طولانی شناخته شده است، اما انواع تجاری در فرایندهای روشن‌سازی، سنتزی هستند که لیستی از آنها عبارتند از پلی آمین‌ها با وزن مولکولی بالا، پلی آکریل آمیدها، پلی اتیلن ایمین‌ها و پلی آکریلونیتریل.

شباهت بین یک پلیمر مشتق شده طبیعی مانند نشاسته و یک پلیمر کاملا مصنوعی مانند اسید پلی اکریلیک این است که در حقیقت هر دو ترکیب به ترتیب واحدهای تکرار شونده گلوکز و اسید اکریلیک دارند و هر یک از واحدهای تکراری شامل گروه‌های فعال یونی هستند. هیدروکسیل در یک واحد و کربوکسیل در واحد دیگر.

اصطلاح پلی الکترولیت به آن دسته از پلیمرهایی اشاره شده است که توسط برخی از مکانیزم‌های تولید یون می‌تواند تبدیل به یک مولکول پلیمری با بار الکتریکی در طول زنجیره خود شود. بارهای الکتریکی ناشی از حضور گروه‌های عاملی یونیزه شونده در طول زنجیره پلیمری است. پلی الکترولیت‌ها به این ترتیب الکترولیت‌های پلیمری هستند که دارای ویژگی‌های پلیمر و الکترولیت هستند.

هنگامی که گروه‌های یونیزه‌کننده تجزیه می‌شوند، مولکول‌های پلیمری با توجه به گروه‌های عاملی خاص موجود به طور مثبت یا منفی باردار می‌شوند. پلیمرهایی که گروه‌های عاملی یونیزه کننده آن یک بار خالص مثبت دارند، پلی الکترولیت‌های کاتیونی نامیده می‌شوند. پلیمرهایی که دارای بار خالص منفی هستند، به عنوان آنیونی نامیده می‌شوند و آنهایی که دارای مقدار مساوی از بارهای مثبت و منفی هستند به‌طوری‌که میزان بارخالص صفر است غیریونی نامیده می‌شوند.

بسیاری از پليمرها يا کوپليمرها به دلیل داشتن گروه‌های یونی مثبت یا منفی در سطح، به عنوان پلی الکترولیت مورد توجه هستند. پلی الکترولیت‌ها دارای منشأ طبیعی، سنتزی و نیمه سنتزی هستند. از جمله پلی ساکاریدهای طبیعی با منشأ گیاهی می‌توان اقاقیا، کتیرا، آلژینیک اسید و پکتین را نام برد که دارای گروه‌های کربوکسیلیک هستند و در محیط خنثی و به نسبت بازی یونیده می‌شوند.

ساختار مولکولی پلی الکترولیت‌ها به شکل خطی، شاخه‌دار و شبکه‌ای است. ویژگی اصلی پلی الکترولیت‌ها انحلال پذیری و دارابودن برهمکنش الکتروستاتیک است. انحلال پلی الکترولیت‌ها در آب معمولا به زمان طولانی نیاز دارد.

نظریه فلوری رفتار زنجیرهای پلی الکترولیتی در محلول‌های رقیق را توضیح می‌دهد. طبق این نظریه، برهمکنش‌های درون زنجیری، از جمله برهمکنش‌های غالب در پلی الکترولیت‌ها هستند.

قدرت برهم‌کنش الکتروستاتیک با پارامترهای مختلف از جمله ثابت دی الکتریک محلول پلی الکترولیتی، تحت تاثیر قرار می‌گیرد. شکل زیر نمونه‌هایی از سه نوع پلی الکترولیت را با استفاده از ساختار پلی آکریل آمید نشان می‌دهد:

خرید و فروش مواد شیمیایی منعقد کننده از دکتر کمیکال