پلی الکترولیت آنیونی چیست؟

پلی الکترولیت آنیونی به پلیمری که بار منفی را در امتداد زنجیره پلیمر تحمل می‌کند، گفته می‌شود و به پلیمر مبتنی بر آکریلامید اشاره دارد. این پلی الکترولیت محلول در آب کاربرد گسترده‌ای در صنایع مختلف دارد که از جمله مهم‌ترین آن‌ها پلی الکترولیت آنیونی است.

پلی الکترولیت با بار منفی به طور گسترده‌ای به‌عنوان منعقدکننده، عامل کنترل رئولوژی و چسب استفاده می‌شوند. این نوع پلی الکترولیت بخصوص در عملیات میادین نفتی به‌عنوان عامل کنترل ویسکوزیته برای بهبود بازیافت نفت و در مباحث مهندسی جریان برای روغن‌کاری، بازپس‌گیری پساب و باز کردن کانال‌های عبور نفت بکار می‌رود.

پلیمرهای مبتنی بر آکریلامید با پلیمریزاسیون رادیکال آزاد آکریل آمید و با استفاده از تکنیک‌های محلول، سوسپانسیون، امولسیون و کوپلیمریزاسیون ساخته می‌شود. مواد جامد در پراکندگی‌های آبی بهره‌مند می‌شوند. پلیمرهای مبتنی بر آکریل آمید توسط پلیمریزاسیون رادیکال آزاد آکریل آمید و مشتقات آن از طریق تکنیک‌های پلیمرشدن جرمی، محلولی، رسوبی، تعلیقی، امولسیون و کوپلیمر سازی ساخته می‌شوند. در میان اینها، پلیمریزاسیون محلول به دلیل مشکلات کنترل دما و کنترل آشفتگی در پلیمریزاسیون جرمی و هزینه سورفاکتانت‌ها و حلال‌ ها برای روش‌های تعلیقی، امولسیون و پلیمریزاسیون رسوبی، ترجیح داده می‌شود.

پلی الکترولیت آنیونی ممکن است به روش‌های مختلفی با ذرات موجود در پراکندگی آبی برهم‌کنش داشته باشد که منجر به ثبات یا عدم ثبات پراکندگی‌ها می‌شود. ذرات موجود در فاز مایع – جامد می‌توانند از طریق سه مکانیسم باعث وقوع لختگی و ایجاد بی‌ثباتی شوند. این مکانیسم‌ها عبارت‌اند از: پلیمر، خنثی‌سازی بار و جذب پلیمر. ذرات موجود در فاز مایع – توسط پلیمرهای آنیونی از طریق نیروهای الکترواستاتیک و دافعه فضایی تثبیت می‌شوند.

پلی الکترولیت‌ها، پلیمرهای محلول در آب هستند که منشأ طبیعی یا سنتزی دارند. باتوجه‌به بار الکتریکی، می‌توان پلی الکترولیت‌ها را به سه نوع آنیونی، کاتیونی و آمفوتریک طبقه‌بندی کرد. پلی الکترولیت‌های آنیونی، کاتیونی و آمفوتریک ماکرومولکول‌هایی هستند که به ترتیب دارای بار منفی (آنیونی)، بار مثبت (کاتیونی) و هر دو بار مثبت و منفی (آمفیوتریک) هستند، چه در گروه‌های زنجیره جانبی و چه در زنجیر اصلی پلیمر.

اصطلاح پلی الکترولیت برای مشخص‌کردن پلیمرهایی که شامل بیش از 15٪ گروه‌های یونی هستند، به کار می‌رود و به آن پلیمرهایی که دارای محتوای گروه یونی کمتری هستند، یونومر گفته می‌شود جدا از ساختار مولکولی پلی الکترولیت، وزن مولکولی و چگالی بار دو ویژگی خاص پلی الکترولیت‌ها هستند.

بسته به میزان بار الکتریکی، توزیع بار، و وزن مولکولی کم، متوسط یا زیاد، پلی الکترولیت‌ها در طیف وسیعی از صنایع کاربردهای مختلفی دارند. استفاده گسترده از پلی الکترولیت از خواص ویژه آن در محلول ناشی می‌شود، ویژگی‌هایی مانند تغییر رئولوژی (جریان) یک محیط آبی در جهت افزایش ویسکوزیته فاز آبی یا قابلیت جذب بر ذرات یا سطوح به‌منظور جداسازی، شفاف‌سازی، شناور یا پراکندگی فازهای جامد – مایع.

انواع پلی الکترولیت با توجه‌ به ویژگی‌ های آن

پلی الکترولیت آنیونی می‌تواند انواع مختلفی داشته باشد. در بین پلی الکترولیت‌های مختلف آنیونی، پلیمرهای آکریل آمید، باتوجه‌به کاربرد گسترده‌ای که دارند، رایج‌ترین نوع هستند. آنها در زمینه‌های مختلف مهندسی و فناوری به‌عنوان منعقدکننده استفاده می‌شوند، همچنین کاربردهای دیگری که از جمله می‌توان به‌عنوان عامل افزایش بازیابی نفت، مواد افزودنی سیال حفاری، تثبیت‌کننده‌های شیل، عامل تغلیظ کننده و اتصال‌دهنده، عامل پراکندگی، عامل فراوری مواد معدنی، مواد کاغذسازی، و عامل تثبیت خاک اشاره کرد.

این پلیمرها را می‌توان با دو ویژگی خاص، وزن مولکولی (MW) و چگالی بار (CD) توصیف می‌شوند. طول زنجیره ماکرومولکول آنیونی را می‌توان از مقادیر کم‌وزن مولکولی تا حدود ده‌ها میلیون گرم بر مول کنترل کرد. همچنین میزان بار منفی در طول ماکرومولکول‌های آنیونی از صفر تا حدود 100٪ قابل تغییر است. بسیاری از محصولات کلوئیدی هستند، سیستم‌های دوفازی که در آنها یک فاز دارای ابعاد در محدوده اندازه 1 نانومتر تا 10 میکرومتر در فاز ماتریس یا پراکندگی ذرات بزرگ‌تر است.

کلوئیدها در بسیاری از فرایندها استفاده می‌شوند که به عواملی مثل چگالی بار آن و وزن مولکولی، و جذب آن بر روی سطح بستگی دارد. ذرات ممکن است یکی از دو اثر را داشته باشند، ایجاد ثبات و برهم‌زدن ثبات یا لخته‌سازی. در شکل زیر فرایند آماده‌سازی پلی‌آکریل آمید آنیونی نشان‌داده‌شده:

آماده سازی پلی آکریل آمید آنیونی

آماده سازی پلی آکریل آمید آنیونی

آماده‌ سازی پلی‌آکریل آمید آنیونی

در فرایند تثبیت، ارتباط و ته‌نشینی ذرات مهار می‌شود و ذرات برای مدت طولانی در حالت پراکنده باقی می‌مانند. کاربرد این پدیده در رنگ‌ها، مواد آرایشی، مواد شوینده، داروها و مواد غذایی ظاهر می‌شود.

در فرایند لخته‌سازی، ذرات به‌گونه‌ای درهم‌تنیده می‌شوند که به‌راحتی از محیط اطراف جدا می‌شوند و تجمیع می‌شوند. کاربرد این پدیده در تصفیه آب، تهیه کاغذ، فراوری مواد معدنی و بازیابی از معدن است.

خرید مواد اولیه تصفیه آب و فاضلاب با بالاترین کیفیت

پلی الکترولیت آنیونی

بار الکتریکی پلی الکترویت‌های آنیونی منفی است. طیف گسترده‌ای از بار الکتریکی امکان‌پذیر است، از صفر تا تراکم شارژ بالا. پلی الکترولیت‌های آنیونی به‌عنوان منعقدکننده و فلوکولنت در تصفیه آب و فاضلاب و در آبگیری لجن فاضلاب شهری و صنعتی کاربرد فراوانی دارند. پلی الکترولیت‌های آنیونی همچنین به‌عنوان افزودنی سیال حفاری و سیستم‌های نفتی، و همچنین برای جداسازی سنگ در معدن و استقرار خاک در صنایع کشاورزی استفاده می‌شوند. پلی الکترولیت‌های آنیونی به دودسته پلیمرهای سنتزی و طبیعی طبقه‌بندی می‌شوند.

پلیمرهای آنیونی سنتزی

انواع بی‌شماری از پلی الکترولیت مصنوعی وجود دارد که برخی از آن‌ها طبق ساختار شیمیایی که دارند در زیر ذکر شده است. از نظر کاربرد مهم‌ترین آنها پلی الکترولیت‌های مبتنی بر آکریل آمید با وزن مولکولی کم، متوسط و بالا و چگالی بار متنوع است. پلی‌آکریل آمید هیدرولیز شده جزئی (HPAM) یک کوپلیمر خطی با وزن مولکولی بالا است که از واحدهای مونومری آکریلات (آنیونی) و آکریلامید (غیر یونی) تشکیل شده است که بار آنیونی متوسط آن را برای افزودنی گل حفاری مناسب ساخته است.

نسبت گروه‌های آکریلات به آکریلامید روی زنجیره پلیمر و یا وزن مولکولی می‌تواند در طول تولید تغییر کند. این پلیمر همچنین به‌عنوان بهبود دهنده خاک رس استفاده می‌شود، یا به‌صورت مخلوط خشک در خاک رس قرار می‌گیرد یا به گل کم بنتونیتی اضافه می‌شود. علاوه بر این، HPAM می‌تواند برای انعقاد جامدات کلوئیدی در حین حفاری با آب شفاف و برای تصفیه فاضلاب استفاده شود.

HPAM با وزن کم مولکولی یک ماده ضدانعقاد برای خاک رس است. کوپلیمرهای آنیونی آکریل آمید معمولاً حاوی گروه عاملی کربوکسیلات، سولفونات یا فسفونات هستند. کوپلیمرها ممکن است با کوپلیمر شدن آکریل آمید با یک مونومر دیگری از نوع وینیل که حاوی گروه عاملی کربوکسیلات، سولفونات یا فسفونات است، ایجاد می‌شوند.

در ادامه به بررسی ساختارهای شیمیایی مهم‌ترین پلیمرهای سنتزی آنیونی می‌پردازیم.

پلی الکترولیت آنیونی دارای گروه عاملی کربوکسیل

پلی الکترولیت‌های آنیونی حاوی گروه‌های کربوکسیل با وزن مولکولی کم یا وزن مولکولی بالا و با تراکم بارهای مختلف تا کنون مهم‌ترین دسته پلی الکترولیت آنیونی هستند. پلیمرهای آنیونی حاوی کربوکسیل با وزن مولکولی بالا به‌عنوان منعقدکننده برای تصفیه آب و فاضلاب استفاده می‌شود. کوپلیمر HPAM سدیم آکریلات و آکریل آمید مهم‌ترین پلی الکترولیت آنیونی است که بر اساس آکریلامید ساخته شده و به دو روش به دست می‌آید.

در روش اول، از فرایندی شامل پلیمریزاسیون هم‌زمان و هیدرولیز آکریلامید برای تهیه HPAM استفاده می‌شود. تهیه پلیمر از طریق پلیمریزاسیون یک‌مرحله‌ای انجام می‌شود به‌طوری‌که پلیمریزاسیون و هیدرولیز هم‌زمان صورت می‌گیرد. به‌منظور به‌دست‌آوردن درجات مختلف هیدرولیز، از نسبت‌های مختلفی از آکریل آمید و عامل قلیایی هیدرولیز استفاده می‌شود و واکنش با اضافه‌کردن یک آغازگر اکسایش – کاهش که از پرسولفات پتاسیم و بی سولفیت سدیم تشکیل شده است آغاز می‌شود. ساختار شیمیایی پلی‌آکریل آمید هیدرولیز شده جزئی در شکل قبل نشان داده شد.

در روش دوم از فرایندی استفاده می‌شود که شامل کوپلیمر شدن آکریل آمید و آکریلات سدیم با یک سیستم اکسایش – کاهش است که آغازکننده آن رادیکال آزاد است. درجات مختلف هیدرولیز كوپولی آکریلامید- (آكریلات سدیم) با تغییر محتوای آکریلات مخلوط مونومر حاصل می‌شود. آمیدهای قطبی و گروه‌های کربوکسیلیک یونی باعث حلالیت کوپلیمر در آب می‌شوند. فرایند کوپلیمرزاسیون پلی‌آکریل آمید در شکل بعد نشان شده است:

کوپلیمرزاسیون پلی آکریل آمید

کوپلیمرزاسیون پلی آکریل آمید

پلی الکترولیت آنیونی حاوی گوگرد

انواع بی‌شماری از پلی الکترولیت‌های حاوی گوگرد وجود دار، اما انواع مبتنی بر آکریل آمید حاوی اتم‌های گوگرد رایج‌ترین آنها است. این نوع پلی الکترولیت‌ها می‌توانند از طریق پلیمریزاسیون و نیز کوپلیمریزاسیون مونومرهای حاوی اسید سولفونیک ساخته شوند. فرایند کوپلیمریزاسیون پلیمرهای سولفوناته شده در شکل زیر نشان‌داده‌شده است:

کوپلیمریزاسیون پلیمرهای سولفوناته

کوپلیمریزاسیون پلیمرهای سولفوناته

سولفومتیله کردن پلی آکریل آمید روش دیگری برای ایجاد گروه عاملی سولفونات است. این فرآیند در شکل زیر نشان داده شده است:

سولفومتیله کردن پلی آکریل آمید

سولفومتیله کردن پلی آکریل آمید

پلی الکترولیت آنیونی حاوی فسفر

پلی الکترولیت‌های آنیونی حاوی فسفر از جمله تحولات اخیر در زمینه تصفیه آب به شمار می‌روند. به نظر می‌رسد که این پلی الکترولیت‌ها در زمینه‌های کنترل رسوب از طریق کیلیت سازی کاربرد دارند. ساختار شیمیایی یک پلی الکترولیت آنیونی حاوی فسفر در شکل بعد نشان‌داده‌شده است:

پلی الکترولیت آنیونی حاوی فسفر

پلی الکترولیت آنیونی حاوی فسفر

پلیمرهای طبیعی

لیگنین سولفونات یک پلی الکترولیت طبیعی اصلاح شده است که توسط لیگنین سولفوناته ساخته شده و به‌عنوان عامل پراکندگی در ملاط بتنی استفاده می‌شود. پلی‌ساکارید سولفاته یا مشتقات آنها نیز پلیمرهای زیستی طبیعی هستند از جمله آن‌ها می‌توان به هپارین، دکستران سولفات، منان سولفات و کندرویتین سولفات که در پزشکی استفاده می‌شوند، اشاره کرد. ساختار شیمیایی لیگنین سولفونات در شکل بعد نشان‌داده‌شده است:

لیگنین سولفونات

لیگنین سولفوناتی

روش تولید پلی‌آکریل آمید

تولید پلی الکترولیت آکریلامید از دهه 1950 شروع شد و در طی سی‌سال گذشته تولید آنها درحال‌توسعه است. به‌منظور پاسخگویی به تقاضای جهانی، توسعه روش‌های جدید تولید ضروری بوده است. روش اصلی تولید پلی الکترولیت آکریلامید پلیمریزاسیون رادیکال آزاد با تکنیک‌های مختلفی از جمله محلول، جرمی، رسوب، تعلیق و امولسیون است.

پلیمریزاسیون محلول

فرایند پلیمریزاسیون در حلال‌هایی که حاوی پلیمرها و مونومرها هستند، رخ می‌دهد. پلی الکترولیت مبتنی بر آکریل آمید توسط کوپلیمرزاسیون رادیکال آکریلامید با مونومرهای وینیل مانند اکریلیک اسید، اکریلیک اسید، مالئیک اسید، فوماریک اسید و مشتقات آکریلامید یا نمک‌های آنها تولید می‌شود.

حلال آکریل آمید و پلیمرها شامل آب، فرمامید، اسید استیک، اسید فرمیک، دی متیل سولفوکسید و برخی از مخلوط‌های آلی آبی هستند. نوع حلال، pH، دما، سورفاکتانت، عامل انتقال‌دهنده زنجیره‌ای و عامل کمپلکس سینتیک پلیمریزاسیون آکریلامید و ویژگی پلیمر تشکیل شده را کنترل می‌کند.

پلیمریزاسیون آکریلامید معمولاً در محلول‌های آبی انجام می‌شود؛ چراکه در آن تشکیل پلیمر با وزن مولکولی بالا با سرعت بالا امکان‌پذیر است. پلیمریزاسیون در محلول‌های آبی 8-10٪ آکریل آمید در حضور یک آغازگر در مجاورت نیتروژن و با pH بین 8/5-9 انجام می‌شود. پلیمریزاسیون در دمای اتاق شروع می‌شود و درجه حرارت به 90 درجه سانتیگراد افزایش می‌یابد. ژل پلیمری تهیه شده با قراردادن چندین بار در حلال‌های آلی خالص می‌شود و سپس خشک می‌شود. پلیمریزاسیون آکریلامید در محلول‌های آبی در مجاورت قلیاهایی نظیر هیدروکسید سدیم و پتاسیم منجر به تولید HPAM می‌شود.

پلیمریزاسیون جرمی

این فرایند پلیمریزاسیون بدون حلال یا رقیق‌کننده انجام می‌شود. در این روش می‌توان پلی الکترولیت‌های با وزن مولکولی بالا تولید کرد. ترکیبات حاصل از این فرایند بسیار خالص هستند، زیرا فقط مونومرها و در صورت لزوم آغازگرها و کاتالیزورها اضافه می‌شوند. پلیمریزاسیون جرمی به دلایل اقتصادی و زیست‌محیطی نیز از مزیت بالایی برخوردار هستند؛ زیرا در این فرایند به بازیافت و تصفیه حلال و همچنین دفع زباله‌های مایع نیازی نیست.

اما از طرف دیگر، مشکلات قابل‌توجهی در اجرای فرایند وجود دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به ازبین‌بردن حرارت پلیمریزاسیون و کنترل ویسکوزیته مخلوط واکنش اشاره کرد. علاوه بر این، پلیمریزاسیون در یک محیط بسیار ویسکوز، واکنش‌های جانبی مانند انتقال زنجیره را به همراه دارد. پلیمریزاسیون جرمی می‌تواند جز واکنش‌های همگن و یا ناهمگن باشد. در پلیمریزاسیون جرمی همگن، پلی الکترولیت در مونومر حل می‌شود؛ اما در پلیمریزاسیون جرمی ناهمگن، پلی الکترولیت تشکیل شده در مونومر خود نامحلول است.

پلیمریزاسیون رسوبی

در این نوع پلیمریزاسیون، پلی الکترولیت در هنگام تهیه رسوب می‌کند. پلیمریزاسیون در حلال‌های آلی، یعنی استون، استونیتریل، دیوکسان، اتانول، تربوتانول و THF یا در بستر آلی- آبی که به‌عنوان حلال برای مونومرها و غیر حلال برای پلی الکترولیت‌ها است، انجام می‌شوند. در آغاز پلیمریزاسیون، مخلوط واکنش همگن است، درحالی‌که در طی فرایند، پلیمر رسوب می‌کند و واکنش در شرایط ناهمگن ادامه می‌یابد.

پرسولفات، پربورات، بنزوئیل پراکسید، AIBN، و سیستم‌های اکسایش- کاهش به‌عنوان آغازگر این واکنش به کار می‌روند. ازآنجاکه در پلیمریزاسیون رسوبی، مخلوط واکنش ویسکوز نمی‌شود، پلیمریزاسیون در محلول‌های آکریلامید 10 تا 30٪ انجام می‌شود. پلیمر رسوب شده که با بازده بالا به دست می‌آید و وزن مولکولی نسبتاً بالایی دارد، فیلتر شده و خشک می‌شود.

پلیمریزاسیون تعلیقی

سیستم تعلیق (سوسپانسیون) از طریق پراکندگی محلول مونومر آبی در یک حلال آلی با استفاده از یک همزن مکانیکی و در حضور تثبیت‌کننده به دست می‌آید. قطر قطرات در محلول مونومر آبی در محدوده 1/0 تا 5 میلی‌متر متغیر است. هیدروکربن‌های آلیفاتیک یا آروماتیک یا مخلوط آن‌ها حاوی شش تا 10 اتم کربن می‌توانند به‌عنوان حلال‌های آلی به‌منظور تهیه محیط این واکنش مورداستفاده قرار گیرند.

در این روش اشعه ماورای بنفش و گاما می‌توانند پلیمریزاسیون را آغاز کنند. تعادل هیدروفیل – لیپوفیل تثبیت‌کننده، توزیع آن بین فازهای آبی و آلی و دما ممکن است در سیستم تعلیق تأثیر بگذارد. بازده پلیمریزاسیون و وزن مولکولی پلی الکترولیت نهایی بستگی به ماهیت تثبیت‌کننده و غلظت آن دارد. پلیمریزاسیون تعلیقی به طور معمول در محلول‌های آبی آکریلامید 65٪ پراکنده در یک حلال آلی با حضور تثبیت‌کننده و آغازگر و در دمای 60-100 درجه سانتی‌گراد انجام می‌شود و پلی الکترولیت حاصل شده به‌صورت پودر یا گرانول است.

پلیمریزاسیون امولسیون

به‌منظور ایجاد امولسیون معکوس، محلول آبی آکریلامید در حضور یک امولسیفایر آب در روغن به‌منظور ایجاد ذرات در سایز 1-10 میکرومتر، در یک حلال آلی پراکنده می‌شود. این فرایند توسط یک آغازگر محلول در روغن یا آب آغاز می‌شود. پلیمریزاسیون در امولسیون معکوس با استفاده از محلول‌های مونومر غلیظ انجام می‌شود.

محصول به‌صورت ذرات پلیمری است که در یک فاز مداوم آلی پراکنده می‌شوند. سینتیک پلیمریزاسیون آکریل آمید در امولسیون معکوس و ویژگی پلی الکترولیت نهایی به ماهیت و غلظت امولسیفایر، آغازگر، حلال مورداستفاده به‌عنوان بستر پراکندگی، دما و سرعت همزن بستگی دارد. با این روش، وزن مولکولی پلی الکترولیت تشکیل شده نسبت به پلیمری که با روش پلیمریزاسیون محلول به دست می‌آید، کمتر است.

پلیمریزاسیون امولسیون با شارژ رآکتور با محلول امولسیفایر در یک حلال آلی انجام می‌شود و محلول مونومر آبی با غلظت 20-60٪ در فاز آلی با هم زدن پراکنده می‌شود. این واکنش در مجاورت گاز نیتروژن و در دمای 30-60 درجه سانتی‌گراد انجام می‌شود. سپس یک محلول آغازگر به مخلوط واکنش وارد می‌شود و روند طی 3 تا 6 ساعت انجام می‌شود. لاتکس تولید شده را می‌توان با گرم‌کردن تحت خلأ متراکم کرد.

مکانیسم بر همکنش پلی الکترولیت

پلی الکترولیت‌های آنیونی با ذرات پراکنده در محیط‌های آبی به چندین روش بر همکنش دارند که باعث ثبات یا عدم ثبات پراکندگی می‌شود. ثبات به معنای این است که ذرات برای مدت طولانی در حالت پراکنده باقی می‌مانند و ته‌نشین نمی‌شوند. ذرات موجود در فاز مایع – جامد می‌توانند از طریق سه مکانیسم که باعث افزایش لخته‌شدن می‌شوند، بی‌ثبات شوند: پل پلیمری، خنثی‌سازی بار و جذب پلیمری. بسته به وزن مولکولی و چگالی بار فلوکولنت‌ها، استفاده از یک، دو یا سه مکانیسم به طور هم زمان باعث ازبین‌بردن پراکندگی و ته‌نشین شدن ذرات می‌شود. مکانیسم جذب پلیمری مسئول تثبیت پراکندگی و توزیع یکنواخت ذرات جامد در فاز مایع از طریق هر دو اثر دافع الکترواستاتیک و فضایی است.

تشکیل پل پلیمری

پل زدن پلی الکترولیت‌ها یکی از مکانیسم‌های برهم‌زدن ثبات است که طی آن، اتصال ماکرومولکول‌ها به ذرات مختلف باعث ته‌نشین شدن ذرات می‌شود. دو نوع پل مختلف وجود دارد که شامل بار منفی یا مثبت پلی الکترولیت‌ها و ذرات کلوئیدی است و به‌صورت پل پلی‌اتیلنی است که بین مواد با بارهایی که علائم یکسان یا متضاد دارند به وجود می‌آید.

پل زدن ذرات کلوئیدی با بار منفی توسط پلی مولکول‌های آنیونی و کاتیونی با وزن مولکولی بالا به ترتیب دو نوع برهم‌کنش مشابه و متضاد است. پلیمرهای زنجیره‌ای خطی با وزن مولکولی بالا، مؤثرترین پلی الکترولیت‌ها برای پل زدن هستند و چگالی بار تأثیر زیادی در مکانیسم پل زدن دارد. باتوجه‌به نیروهای دافعه، در مورد پلی الکترولیت‌های آنیونی با چگالی بار زیاد، جذب ذرات با علامت بار یکسان مشکل خواهد بود.

بااین‌حال، برخی درجات بار مناسب هستند، زیرا دافعه بین بخش‌های باردار منجر به گسترش زنجیرها می‌شود که به نوبه خود باید باعث افزایش اثر پل می‌شود؛ بنابراین، یک چگالی بار بهینه برای لخته‌شدن ذرات با بار منفی و پلیمرهای آنیونی وجود دارد. از پلی الکترولیت‌های آنیونی اغلب برای جذب و لخته‌سازی ذرات منفی استفاده می‌شود. اگرچه، برخی از نیروهای دافعه بین بخش‌های آنیونی زنجیره‌های پلیمری و سطوح بار منفی ذرات وجود دارد.

به‌منظور جذب مؤثر و جلوگیری از دافعه الکتریکی، غلظت مشخصی از یون‌های فلزی دو ظرفیتی که به‌عنوان الکترولیت مورداستفاده قرار می‌گیرند، لازم است. یون‌های فلزی دو ظرفیتی مانند کبالت، باریوم و منیزیوم می‌توانند دافه را کاهش داده و جذب را تقویت کنند. این یون‌های مثبت دارای اثر غربالگری در محلول هستند و باعث نزدیکی بین زنجیره‌های پلیمری می‌شوند.

خنثی‌ سازی بار الکتریکی

بیشتر ذرات موجود در طبیعت دارای بار منفی هستند و پلی الکترولیت‌های کاتیونی به‌شدت با استفاده از مکانیسم خنثی‌سازی بار، ذرات با بار مخالف را جذب می‌کنند. از طرف دیگر، پلی الکترولیت‌های آنیونی به‌واسطه همان مکانیسم بر روی ذرات دارای بار مثبت جذب می‌شوند؛ بنابراین، پلی الکترولیت کاتیونی حاوی بارهای مثبت در زنجیره پلیمری، مؤثرترین منعقدکننده از نظر کاربردی است. بر همکنش پلی الکترولیت‌های باردار با ذرات با بار مخالف منجر به خنثی‌سازی بار آن‌ها و برهم‌زدن ثبات سیستم می‌شود.

در این حالت، چگالی بار پلی الکترولیت نقش مهم‌تری نسبت به وزن مولکولی آن ایفا می‌کند؛ بنابراین، پلی الکترولیت‌های با وزن کم مولکولی با چگالی بار زیاد، ذرات با بار متضاد را در فاز مایع – جامد به طور مؤثری جذب می‌کنند. ازآنجاکه در بسیاری موارد، مکانیسم خنثی‌سازی بار الکتریکی و مکانیسم پل زدن هم زمان عمل می‌کنند، می‌توان نتیجه گرفت که هم چگالی بار و هم وزن مولکولی در فرایند جذب تأثیر دارند؛ بنابراین، توجه به ترکیبی از اثرات بار و وزن مولکولی به‌منظور دستیابی به اثرات منعقدکننده و لخته‌کننده لازم است.

جذب پلیمری

پلی الکترولیت‌ها از طریق مکانیسم‌های مختلفی با ذرات پراکنده بر همکنش دارند. مکانیسم‌های جذب پلی الکترولیت بسته به ماهیت نیروهای درگیر، را می‌توان به دودسته جذب فیزیکی و شیمیایی طبقه‌بندی کرد. جذب فیزیکی معمولاً یک بر همکنش ضعیف است و تغییرات انرژی کمی را در پی دارد. جذب شیمیایی از طریق پیوند کووالانسی بین جاذب و گونه‌های سطح رخ می‌دهد و برهم‌کنش قوی محسوب می‌شود؛ بنابراین در ادامه، مکانیسم‌های جذب پلی الکترولیت باقدرت‌های متفاوت مانند پیوند هیدروژنی، بر همکنش آب‌گریز، پیوند یونی، بر همکنش الکترواستاتیک و نیروهای واندروالس به طور خلاصه و به طور جداگانه توضیح داده شده است.

پیوند هیدروژنی

گروه آمید در پلیمرهای آنیونی مبتنی بر پلی‌آکریل آمید یک گروه قطبی است و توانایی تشکیل پیوندهای هیدروژنی با گروه‌های اکسیژن، نیتروژن و فلوئور را دارد و از این طریق جذب ذرات می‌شود. گروه‌های آمید قطبی قادر به اتصال با گروه‌های هیدروکسیل اکسیدهای معدنی مانند سیلیس و آلومینا هستند.

بر همکنش آب‌گریز

پلی الکترولیت آنیونی مبتنی بر آکریل آمید شامل دو بخش قطبی و غیرقطبی است که به‌عنوان بخش‌های آبریز و آب‌دوست شناخته می‌شوند. بخش آب‌گریز پلیمر مسئول جذب ذرات غیرقطبی است. ذرات غیرقطبی در پراکندگی‌های مایع – جامد می‌توانند توسط بخش آب‌گریز یک پلیمر آنیونی جذب شوند.

پیوند یونی

پلی الکترولیت‌ها قادر به جذب سطحی با علامت بار یکسان هستند. در واقع، در حضور برخی از یون‌های دو یا سه‌ظرفیتی، پلی الکترولیت‌های آنیونی حاوی بارهای منفی می‌توانند روی سطوح دارای بار منفی جذب شوند. به‌عنوان‌مثال، یون‌های کلسیم، منیزیم و آلومینیوم می‌توانند باعث جذب پلی‌آکریل آمید هیدرولیز شده بر روی ذرات با بار منفی شوند.

این بر همکنش نتیجه ایجاد پل بین گروه‌های کربوکسیلات روی زنجیره‌های پلی‌آکریل آمید و سایت‌های آنیونی سطح توسط یون‌های مثبت دو یا سه‌ظرفیتی است. بر همکنش اتصال یونی تأثیر عمیقی در فرایند لخته‌سازی که در صنایع مختلف به کار می‌رود، دارد.

بر همکنش الکترواستاتیک

پلی الکترولیت‌ها بر روی ذرات یا سطوح دارای بار متضاد جذب می‌شوند. یعنی، پلیمرهای آنیونی با بار منفی بر روی ذرات یا سطوح مثبت جذب می‌شوند؛ بنابراین، انرژی جذب الکترواستاتیک نقش مهمی در شکل‌گیری توده‌های پلیمری ایفا می‌کند. اگرچه، در این حالت، ظرفیت جذب پلی الکترولیت به نوع و غلظت الکترولیت بستگی دارد. هنگامی که بر همکنش الکترواستاتیک تنها جاذبه محسوس باشد، آنگاه اثر نمکی می‌تواند مهم باشد. به دلیل اثر غربالگری نمک بین بخش‌های یونی زنجیره پلیمر و یون‌های محلول، جذب پلی الکترولیت با افزایش غلظت نمک کاهش می‌یابد. اما هنگامی که برهم‌کنش‌های دیگری نیز مانند پیوند هیدروژن یا جذب آب‌گریز وجود داشته باشد، جذب پلی الکترولیت با غلظت نمک کمتر تحت‌تأثیر قرار می‌گیرد.

نیروهای واندروالس

نیروهای واندروالس نیروهای فیزیکی هستند که عمدتاً بین همه مواد جاذبه ایجاد می‌کنند، اما ممکن است تحت برخی شرایط دافعه ایجاد کنند. جذب واندروالس به‌طورکلی تابعی از ترکیب مواد و قطبیت پذیری مولکولی است. نیروهای واندروالس عمدتاً ناشی از نیروهای پراکندگی لندن، بر همکنش موقت دوقطبی – دوقطبی یا دوقطبی – دوقطبی القایی بین مولکول‌ها هستند.

محصولات ویژه:

فروش پلی الکترولیت

فروش پلی الکترولیت آنیونی

فروش پلی الکترولیت کاتیونی

دکتر کمیکال تأمین کننده انواع مواد شیمیایی صنعتی با کیفیت بالا و قیمت مناسب است. جهت نحوه خرید و فروش مواد شیمیایی با کارشناسان بخش فروش در ارتباط باشید.

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 کیمکال اقدام کنید

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 کاتیون

پلی الکترولیت کاتیون

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.

پلی الکترولیت پلی اکریلامید کاتیونی

پلی الکترولیت پلی اکریلامید کاتیونی

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

پلی الکترولیت های کاتیونی طبیعی

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.

"<yoastmark

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

پلی الکترولیت های غیر یونی

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.

کاربرد پلی الکترولیت

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.

کواگولاسیون، فلوکولاسیون، لخته سازی به معنی جدایش یک محلول است. روش انعقاد در تصفیه فاضلاب تمام واکنش‌هایی را شامل می‌شود که موجب ناپایداری ذرات و تشکیل بزرگ ذرات خواهد شد.

کواگولاسیون

رشد روزافزون جمعیت، ارتقا سطح زندگی، توسعه شهرنشینی و توسعه صنایع و کشاورزی از جمله عواملی هستند که افزایش مصرف آب و تولید فاضلاب در اجتماعات را باعث شده و موجب آلودگی محیط‌زیست می‌شوند. فرایندهای متداول تصفیه آب شامل آشغال‌گیری، انعقاد، لخته‌سازی، ته‌نشینی، صاف‌سازی و گندزدایی است.

انعقاد و لخته‌سازی از جمله واحدهای عملیاتی و فرایندی مهم در تصفیه آب‌های سطحی محسوب می‌شوند. اندازه ذرات کلوئیدی موجود در آب بین ۰٫۰۰۱ تا ۱ میکرون و سرعت ته‌نشینی طبیعی ذره‌ای با قطر ۰٫۱ میکرون حدود ۳ متر در میلیون سال است و لذا فرایند تصفیه (زلال‌سازی) آب بدون استفاده از موادی که سرعت ته‌نشینی ذرات کلوئیدی را افزایش دهند غیرممکن به نظر می‌رسد.

به‌طورکلی مواد ایجادکننده کدورت شامل خاک رس، سیلت، ویروس، باکتری، اسیدهای ولو یک و هیومیک، مواد معدنی نظیر آزبست، سیلیکات و ذرات رادیواکتیو هستند. کدورت ضمن ایجاد ظاهری نامطلوب، می‌تواند پناهگاهی برای میکروارگانیسم‌ها در مقابل گندزدایی باشد.

تاریخچه استفاده از مواد منعقد کننده در تصفیه آب به‌منظور حذف کدورت بسیار طولانی است و به استفاده مصریان از آلویم در ۲۰۰۰ سال قبل از میلاد برمی‌گردد. سال‌ها بعد در انگلستان در سال ۱۷۶۷ مردم عادی جهت زلال‌سازی آب‌های گل‌آلود از این ماده استفاده نمودند. در سال ۱۸۸۴ نیز اولین امتیاز فرایند انعقاد به‌وسیله پرکلرید آهن در شرکت نیواورلئان به ثبت رسید. حاصل تحولات یاد شده این بود که عمل انعقاد به‌عنوان پیش فرایندی که فیلتراسیون را کامل خواهد کرد شناخته شد.

لخته‌ سازی و انعقاد چیست؟

یکی از ناخالصی‌های مهمی که در آب‌های سطحی وجود دارد و باید نسبت به حذف آن اقدام نمود، مواد کلوئیدی است. این مواد باید به طریقه مناسب حذف شوند تا آب زلال و با کدورت پایین مطابق استانداردها تحویل مصرف‌کننده گردد. روش متداول حذف کدورت، رسوب‌دهی شیمیایی کلوئیدی با استفاده از مواد منعقد کننده است.

هدف انعقاد چیست

هدف انعقاد چیست

هدف از عمل کواگولاسیون یا انعقاد

هدف ایجاد ذرات درشت‌تری در آب است تاحدی‌که این ذرات بتوانند در واحدهای ته‌نشینی و صافی از آب جدا شوند. زیرا ذرات زیر معلق در آب مانند کلوئیدها به علت باردار بودن سطح ذرات در آب معلق می‌مانند و باید روشی اتخاذ نمود که بار سطحی ذرات خنثی شد، ذرات می‌توانند به یکدیگر نزدیک شده و پس از برخورد به هم بچسبند و تحت نیروی جاذبه رسوب نمایند. فرایند کواگولاسیون دقیقاً چنین کاری را انجام می‌دهند.

به‌عبارت‌دیگر کواگولاسیون بار ذرات را خنثی می‌کند و ذرات پس از این عمل قادر به دفع یکدیگر نیستند. البته همیشه عمل کواگولاسیون همراه با عمل فلوکولاسیون است، در واقع عمل فلوکولاسیون مکمل عمل کواگولاسیون است.

فلوکولاسیون عملی است که در آن ذرات ریز و معلق و بدون بار (که پس از عمل کواگولاسیون حاصل شده است) با کارایی بیشتری به یکدیگر چسبیده و ذرات بزرگ‌تری را به وجود می‌آورند، این ذرات بزرگ را اصطلاحاً FLOC می‌نامند و این عمل را فلوکولاسیون می‌گویند. البته ذرات پس از عمل فلوکولاسیون بلافاصله ته‌نشین می‌شوند و عمل Sedimentation انجام می‌گیرد؛ بنابراین ته‌نشینی عبارت است از جداسازی فیزیکی ذرات که در آب پس از کواگولاسیون و فلوکولاسیون انجام گیرد، فقط ذرات نسبتاً درشت رسوب‌کرده و جدا می‌شوند.

مکانیسم انعقاد

به‌طورکلی جریان ته‌نشینی ذره قابل ته‌نشینی دارای دو مکانیسم است:

ذره سازی پری کینتیک prekinetic

در آن پتانسیل – الکتریکی سطحی ذره کاهش‌یافته و قوه جاذبه ذرات بیشتر شده و به هم می‌چسبند. برای این کار باید یون‌های ماده زره‌ساز وجود داشته باشد تا عمل انجام گردد.

ذره سازی ارتو کینتیک ortokinetic

در آن ذره شیمیایی تشکیل شده در حال ته‌نشینی ذرات دیگر مانند کلوئیدها را به خود گرفته و بزرگ‌تر شده و ته‌نشین می‌شوند باید توجه داشت که در مکانیسم اول بار الکتریکی بیشتر مؤثر است و در مکانیسم دوم اندازه ذرات.

درهرصورت فلوکی که در اثر واکنش‌های کواگولانت‌ ها در آب ایجاد می‌شود بسیار سنگین است و به همین جهت بلافاصله بعد از تشکیل شروع به ته‌نشینی می‌کند. در زمان سقوط، این فلوک‌ها مواد معلق ناخالص را به خود گرفته و همراه آنان ته‌نشین می‌شوند و به‌تدریج اندازه آنها بزرگ‌تر می‌گردد. طی این مرحله بعضی از باکتری‌ها هم همراه این فلوک‌ها گرفته شده و تعدادشان در آب تقلیل می‌یابد. سطح فلوک‌ها به‌اندازه کافی برای گرفتن ذرات کلوئید و مواد آلی موجود در آب وسیع است.

انعقاد و لخته سازی در تصفیه فاضلاب

انعقاد و لخته سازی در تصفیه فاضلاب

عوامل مؤثر بر راندمان انعقاد و لخته‌ سازی

راندمان عمل تشکیل ذرات و ته‌نشینی آنها بستگی به عوامل مختلف به شرح ذیل دارد:

  • مقدار ماده منعقدکننده dosage of coagulant
  • نوع ماده منعقدکننده feeding the coagulant
  • مخلوط شدن mixing
  • میزان pH value pH
  • سرعت velocity
  • حرارت temperature

مقدار ماده منعقد کننده

میزان کواگولانت باید به‌اندازه‌ای باشد که مقدار کدورت آب تا حد ۱۰ تا ۲۵ ppm تقلیل یابد.

نوع ماده منعقد کننده

معمولاً کواگولانت‌ها به‌صورت پودر یا محلول مورداستفاده قرار می‌گیرند که نوع محلول آن بیشتر مورداستفاده قرار می‌گیرد.

اختلاط

کواگولانت‌ ها باید به طرز صحیحی با آب مخلوط شده و محلول یک‌نواختی را به وجود آورند. در آغاز ۳۰ تا ۶۰ ثانیه اختلاط سریع انجام می‌گیرد. هرچه اختلاط بیشتر باشد انعقاد بهتر و سریع‌تر انجام خواهد شد. در عمل برای بهتر مخلوط شدن آب و فاضلاب با ماده کواگولانت یک حرکت مارپیچی در آن حین تزریق دارو به وجود می‌آورند. لازم است همواره از موادی که ارزان‌تر و راحت‌تر در دسترس قرار می‌گیرند استفاده شود.

میزان PH

با درنظرگرفتن کیفیت آب و ماده منعقدکننده باید میزان pH مناسب مشخص گردد. میزان pH باید مرتباً در آزمایشگاه اندازه‌گیری شود. معمولاً برای کم‌کردن اسیدیته آب به آب آهک و برای کاهش قلیائیت به آن اسید سولفوریک اضافه می‌شود.

سرعت

به فلوک‌ها باید اجازه داد که پس از اختلاط سریع به‌آرامی به‌طرف پایین سقوط نمایند. زیرا حرکت آرام فلوک‌ها در نهایت باعث برخورد آن با ذرات دیگر شده و فلاک‌ها از نظر اندازه بزرگ‌تر می‌گردند. فرایند کواگولاسیون و فلوکولاسیون شدیداً تحت‌تأثیر مشخصات فیزیکی آب و ترکیبات و درجه حرارت آن است.

حرارت

آزمایش‌ها زیادی در مورد تأثیر حرارت بر عمل کواگولاسیون انجام شده و ثابت گردیده که وقتی حرارت نزدیک صفر باشد در عمل کواگولاسیون اختلال ایجاد می‌شود؛ زیرا تمایل ذرات به تشکیل فلوک و ته‌نشین شدن کاهش‌یافته و بیشتر آنها از لابه‌لای ماسه‌های صافی نفوذ خواهد نمود. ویسکوزیته هم زیاد می‌شود که شاید مربوط به کاهش سیالیت آب در اثر کم‌شدن درجه حرارت باشد سرعت فعل‌وانفعالات شیمیایی نیز در اثر کاهش درجه حرارت کاسته می‌شود. مقدار تزریق ماده کواگولاسیون در تابستان و زمستان فرق می‌کند و اصولاً مقدار موردنیاز آن با درجه حرارت نسبت عکس دارد.

انعقاد

ذرات لخته شونده در سوسپانسیون‌های رقیق که خواص سطحی‌شان به گونه ای است که به محض تماس با سایر ذرات به آن‌ها می‌چسبند و یا در هم ادغام شده تشکیل ذرات بزرگ‌تر را می‌دهند و در نتیجه اندازه، شکل و احتمالاً وزن مخصوص شان پس از برخورد تغییر می یابد را نمی‌توان مانند ذرات مجزا ته نشین کرد، لذا مواد منعقد کننده را به مقادیر لازم و کافی به آب اضافه می‌کنند تا ذرات کوچک، سبک و غیرقابل ته‌نشین، به ذرات بزرگ‌تر و سنگین‌تر تبدیل شده و به آسانی ته‌‎نشین شوند.

مواد غیرقابل ته‌نشینی آب به دو دلیل در برابر ته‌نشینی مقاومت می‌نمایند:

  • اندازه ذرات
  • نیروی طبیعی میان ذرات
پتانسیل زتا

پتانسیل زتا

پتانسیل زتا (Zeta Potential)

معمولاً ذرات کلوئیدی دارای بار الکتریکی منفی بوده و یکدیگر را دفع می‌نمایند. در تصفیۀ آب به این نیروی الکتریکی دافع پتانسیل زتا می‌گویند. این نیروی طبیعی کافی برای جدا نگه‌داشتن ذرات کلوئیدی از یکدیگر است و آنها را به‌صورت معلق در آب نگه می‌دارد.

نیروی واندروالس (Vander Waals)

نیروی واندروالس میان تمام ذرات موجود در طبیعت وجود داشته و دو ذره را به‌طرف یکدیگر می‌کشاند این نیروی جاذب عکس پتانسیل زتا عمل می‌کند و تا زمانی که پتانسیل زتا از نیروی واندروالس بزرگ‌تر است ذرات به‌صورت معلق در آب باقی خواهند ماند.

فرایند انعقاد و لخته‌سازی، نیروی میان ذرات غیر قابل ته‌نشینی را خنثی می‌کند و یا کاهش می‌دهد تا نیروی واندروالس ذرات را به‌طرف یکدیگر بکشد و تشکیل گروه‌های کوچک ذرات را بدهد. این گروه‌های کوچک ذرات به یکدیگر چسبیده و گروه‌های بزرگ‌تر ذرات ژلاتینی شکل و نسبتاً سنگین را تشکیل می‌دهند که به‌آسانی ته‌نشین می‌شوند.

به‌طورکلی می‌توان گفت مکانیسم تجمع ذرات کلوئیدی شامل مراحل زیر است:

  • تقلیل نیروی دافعه و ناپایدارسازی
  • حرکت ذرات ناپایدار و برخورد آنها با هم

در واحدهای تصفیۀ آب عمل انعقاد شیمیایی معمولاً در اثر افزایش نمک‌های فلزی سه‌ظرفیتی نظیر آلومینیوم سولفات یا کلرید فریک انجام می‌پذیرد. مکانیسم دقیقی که در اثر آن انعقاد انجام می‌گیرد کاملاً ً قابل‌شناسایی نیست، اما چنین تصور می‌شود که مکانیسم‌های اتفاقی به شرح ذیل عبارت‌اند از:

  • فشردگی لایه یونی
  • جذب سطحی و خنثی‌شدن بار
  • انعقاد جاروبی
  • پل‌زنی بین‌ذره‌ای
  • خود انعقادی

علاوه بر نیروهای جذب سطحی، بار الکتریکی نیز ممکن است به فرایند انعقاد کمک کنند. مواد منعقد کننده بار الکتریکی مثبت دارند که بار منفی ذرات معلق در آب را خنثی کرده و رسوب می‌دهند.

کواگولانت‌ های متداول

متداول‌ترین نوع ماده کواگولانت که برای تصفیه آب مورداستفاده قرار می‌گیرد نمک‌های آهن و آلومینیوم است. به‌طورکلی انواع مواد کواگولانت برای عمل فلوکولاسیون به شرح زیر است:

  • سولفات آلومینیوم
  • سولفات فرو
  • سولفات فریک
  • آلومینات سدیم
  • کلرور فریک

منعقدکننده‌های کمکی

منعقدکننده‌های کمکی موادی شیمیایی هستند که همراه با منعقدکننده اصلی برای تشکیل ذرات محکم‌تر، بادوام‌تر، قابل ته‌نشین‌تر، جلوگیری از کاهش حرارت (عمل انعقاد را کند می‌نماید) و کاهش مقدار مادۀ منعقدکننده مصرفی به آب اضافه می‌گردد.
کمک منعقدکننده‌ها:
• کربنات منیزیم یا سدیم
• سیلیس فعال
• آهک
• بنتونیت
• پلی الکترولیت‌ها مثل نشاسته سلولز و پلی ساکارید و….

تعیین میزان ماده منعقد کننده

برای تعیین میزان ماده منعقدکننده از آزمایش جار استفاده می‌شود. قبل از شروع آزمایش معمولاً pH قلیائیت کل ، مواد معلق آب مورد آزمایش را اندازه‌گیری می‌کنند.

مراحل انعقاد و لخته سازی

مراحل انعقاد و لخته سازی

مراحل انعقاد

  1. مراحل انعقاد شامل:
  2. اختلاط سریع (Rapid mixing)
  3. انعقاد (Coagulation)
  4. لخته‌سازی (Flocculation)
  5. ته‌نشینی (Sedimentation)

هدف از اختلاط سریع پخش فوری مواد منعقد کننده و کمک منعقد کنندۀ مصرفی در کل آب ورودی به این مرحله است. بعد از فرایند اختلاط سریع، عمل انعقاد و لخته‌سازی بایستی صورت پذیرد، چرا که انعقاد و لخته‌سازی مهم‌ترین فرایند حذف کلوئیدها هستند.

یک سیستم کلوئیدی شامل ذرات جامد به‌صورت کاملاً ً مجزا از هم در یک ماده پراکنده است. این ذرات را فاز پراکنده شده می‌نامند. بعد از عمل انعقاد ذرات، عملیات لخته‌سازی یا فلوکاسیون بایستی انجام پذیرد. لخته‌سازی فرایند به‌هم‌زدن آرام و مداوم آب منعقد شده است تا لخته‌ها (فلوکها) تشکیل گردند.

هدف از کاربرد این واحد اصلاح آب برای تشکیل فلوک و سهولت جداسازی آنها به کمک ته‌نشینی صاف‌سازی است. راندمان واحد لخته‌سازی به‌شدت وابسته به تعداد برخوردهای ذرات ریز منعقد شده در واحد زمان است.

انعقاد و لخته‌سازی یکی از فرایندهای مهم در زمینه حذف رنگ می‌باشد که به دلیل سهولت در امر بهره‌برداری و کارایی نسبت به سایر روش‌ها در اولویت قرار می‌گیرد. این فرایند شامل اضافه‌کردن عواملی مانند سولفات آلومینیوم، آلومینات سدیم، سولفات فرو، سولفات فریک و کلرور فریک است که با اضافه‌کردن به پساب‌های رنگی باعث لخته‌سازی می‌شود.

هرچند که استفاده از مواد منعقدکننده متداول تجاری باعث حذف رنگ می‌شود؛ اما به دلیل این که فلوک‌های تشکیل شده از منعقدکننده‌های تجاری ریز و سبک بوده و به مدت‌زمان ته‌نشینی طولانی نیازمند هستند، کارایی بالایی در حذف رنگ ندارند به همین دلیل استفاده از پلیمرها به‌خاطر ماکروملکول بودن و تشکیل زنجیره طولانی و سنگین بین مواد منعقدکننده و مولکول‌های رنگ باعث بهبود عملکرد حذف رنگ می‌شود.

پلی آلومینیوم کلراید یا آلومینیوم کلراید هیدراته از لحاظ ترکیبی یک ماکرومولکول معدنی است که منومرهای آن یک کمپلکس دو هسته‌ای از آلومینیوم است. این ترکیب در غلظت‌های پایین در محیط آبی تشکیل کمپلکس چندهسته‌ای داده و همین خاصیت باعث توانایی منحصربه‌فرد این منعقدکننده در فرایند انعقاد می‌گردد. این ماده طی واکنش هیدروکسید آلومینیوم با اسیدکلریدریک مطابق واکنش زیر تولید می‌شود.

کواگولانت

کواگولانت

بین ۱۲ تا ۱۸ متغیر است. ولی برای فرمولاسیون Z مقدار برابر با ۱۵ است. Z در ۹۵ درصد ترکیبات در مولکول‌های پلی آلومینیوم کلراید، آلومینیوم به‌صورت پلیمری شامل عوامل هیدروکسید و کلراید و در بعضی انواع آن سولفات و نمک‌های معدنی مانند سدیم، پتاسیم، کلسیم، کلراید و غیره است. برخلاف سولفات آلومینیوم که بخش کوچکی از آن به‌صورت منومر ظاهر می‌شود. در مولکول پلی آلومینیوم کلراید بخش عمده آلومینیوم به شکل پلیمرهای بزرگ آلیگومر از کاتیون‌های Al13 با یون‌های ۷+ به‌صورت مولکول زیر ظاهر می‌شود:

PAC

PAC

شرکت مواد شیمیایی دکتر کمیکال تأمین‌کننده انواع مواد منعقد کننده و کمک منعقد کننده می‌باشد. برای تهیه این موادها به بخش خرید کواگولانت مراجعه کنید.

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.

خرید پلی الکترولیت

خرید پلی الکترولیت کاتیونی

خرید پلی الکترولیت آنیونی

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

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:

  1. پل پلیمری
  2. خنثی سازی بار
  3. 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

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

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

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.

برای خرید مواد شیمیایی می‌توانید از طریق راه‌های ارتباطی موجود در سایت با کارشناسان بخش فروش دکتر کمیکال ارتباط برقرار کنید.

برای خرید مواد شیمیایی می‌توانید از طریق شماره زیر با کارشناسان بخش فروش دکتر کمیکال ارتباط برقرار کنید.

 

02166568403

 

همچنین شما می‌توانید انواع پلی الکترولیت‌ها را با کلیک بر روی گزینه‌های زیر خریداری کنید.

خرید پلی الکترولیت

خرید پلی الکترولیت کاتیونی

خرید پلی الکترولیت آنیونی

پلی الکترولیت تصفیه فاضلاب

لجن فعال یکی از فرآیندهای تصفیه متعارف زیستی در تصفیه خانه‌های فاضلاب است. در این فرآیند مقدار زیادی لجن تولید می‌شود. تجربه نشان داده است که هزینه‌های ناشی از تصفیه لجن به طور چشمگیری بالا می‌باشد و  ۳۵-۵۰ درصد کل هزینه‌های بهره‌برداری ناشی از تصفیه فاضلاب را به خود اختصاص می‌دهد. از این رو به لحاظ اقتصادی و عملکردی، مدیریت لجن به ویژه حذف آب اضافی تولید شده طی فرآیند تصفیه زیستی یکی از مهم‌ترین مراحل در تصفیه فاضلاب می‌باشد.

فروش مواد شیمیایی تصفیه آب و فاضلاب

به منظور کاهش هزینه‌های گزاف سرمایه گذاری راهبری تاسیسات تصفیه، تثبیت لجن و جلوگیری از آلودگی‌های محیط زیست، لازم است حجم لجن تولیدی در تصفیه خانه‌های فاضلاب تا حد امکان کاهش یابد. بدین منظور معمولاً از روش تغلیظ و آبگیری لجن استفاده می‌شود. آبگیری لجن یکی از مشکل ترین مباحث مهندسی محیط زیست در ارتباط با دفع آن است.

از آنجا که لجن اصلاح شده، به راحتی تغلیظ و آبگیری می‌شود. بنابراین در تصفیه خانه‌های فاضلاب عملیات آماده‌سازی لجن اهمیت ویژه‌ای دارد. در واقع آماده‌سازی یا اصلاح کیفیت شیمیایی لجن، فرآیندی فیزیکی–شیمیایی است که موجب تسهیل حذف آب و بازیافت مواد جامد لجن می‌شود. در عملیات تصفیه لجن این فرآیند غالباً قبل از مراحل تغلیظ و آبگیری انجام شده و افزایش بازدهی این واحدها را فراهم می‌کند.

آماده‌سازی لجن فرآیندی دو مرحله‌ای شامل انعقاد و لخته‌سازی است. اولین هدف از آماده‌سازی لجن افزایش اندازه ذرات، غلبه بر آثار ناشی از آبدار بودن و دفع بار الکتریکی بین ذرات می‌باشد. به عبارت دیگر، آماده‌سازی لجن سبب تجمع ذرات ریز پراکنده و کلوئیدی موجود در لجن و آزاد شدن آب پیوندی موجود میان آن‌ها می‌شود.

کاربرد پلی الکترولیت در تصفیه آب و فاضلاب

کاربرد پلی الکترولیت در تصفیه آب و فاضلاب

پلی الکترولیت ها در تصفیه آب و فاضلاب

در اغلب موارد برای آماده‌سازی لجن از مواد شیمیایی معدنی مانند آلوم، کلرور فریک، سولفات فریک و پلی الکترولیت آلی استفاده می‌شود که باعث افزایش لجن تولیدی می‌شوند. امروزه پلی الکترولیت‌ها در تصفیه آب و فاضلاب کاربرد گسترده‌ای یافته‌اند. به تازگی استفاده از این ترکیبات در آماده‌سازی لجن برخلاف منعقدکننده‌های شیمیایی به دلیل عدم افزایش جرم لجن تولیدی، عدم تخریب ارزش گرمایی لجن و سهولت بهره‌برداری و نگهداری از تاسیسات مربوط، روند فزاینده‌ای داشته است.

ترکیب شیمیایی پلی آکریل آمید با محدوده وسیع وزن مولکولی و انواع بار الکتریکی و چگالی در دسترس است که نسبت به سایر پلیمرها ارزان‌تر و موثرتر می‌باشد. از ویژگی‌های کاربرد پلی آکریل آمیدها می‌توان دوز مصرفی کم، راندمان بالا و عدم ایجاد آلودگی محیط زیست را نام برد.

امروزه با پیشرفت‌های صنعتی و وجود انواع مختلف آلودگی در پساب‌های صنعتی و محیط زیست، توسعه لخته‌سازهای پلیمری جدید با روش‌های اصلاح، پیوندزنی و تهیه ساختارهای هیبریدی برای اهداف مختلف مدنظر قرار گرفته است. لجن در برابر پلی الکترولیت‌های دوگانه دارای عملکرد بهتر در جذب ذرات می‌باشد و در این حالت لخته‌های تولیدی بزرگتر است که در نتیجه باعث بهبود آبگیری لجن و دوز کمتر پلی الکترولیت می‌شود.

درجه کاتیونی پلی آکریل آمید مهم‌ترین عاملی است که بر دوز کمک منعقدکننده در آبگیری تاثیر می‌گذارد و با افزایش این درجه درصد آبگیری لجن افزایش می‌یابد.

ارتباط مستقیمی میان زمان صاف کردن نمونه‌های لجن و درصد رطوبت کیک حاصل وجود دارد. به عبارت دیگر در مورد استفاده از هر یک از کمک منعقدکننده‌ها در نقطه بهینه حداقل مقدار رطوبت کیک لجن در حداقل زمان صاف کردن مشاهده شده است. بنابراین بهترین کمک منعقدکننده مورد استفاده ماده‌ای است که سرعت جدا شدن آب از لجن آماده‌سازی را افزایش داده و همچنین درصد رطوبت کیک لجن حاصل از روش‌های مختلف آبگیری را کاهش دهد. با توجه به بازده قابل توجه کمک منعقدکننده فعالسازی شده در کاهش رطوبت کیک لجن در مقایسه با کمک منعقدکننده شاهد (پلی آکریل آمید کاتیونی) استفاده از این پلیمر نیز قابل توجیه است.

زنجیره پلیمر

زنجیره پلیمر

پلیمر خطی

پلیمر خطی

عوامل موثر بر فلوکولانت های تصفیه آب

فلوکولانت‌های ارگانیک با پنج پارامتر اصلی مشخص می‌شوند:
• نوع بار
• چگالی بار
• وزن مولکولی
• ساختار مولکولی
• نوع مونومر

این ویژگی ها بر کیفیت فولوکولاسیون و در نتیجه کیفیت آب آشامیدنی تاثیر می‌گذارد.

مطلب مکمل: کاربرد پلی الکترولیت در تصفیه آب

نوع بار فلوکولانت

نوع بار فلوکولانت بر اساس نوع ذرات انتخاب شده است. به طور کلی انتخاب فلوکولانت‌ها، الگوی زیر را دنبال می‌کند:

  • فلوکولانت آنیونی (-) برای جذب ذرات معدنی
  • یک فلوکولانت کاتیونی (+) برای جذب ذرات آلی

چگالی بار

چگالی بار نشان‌دهنده مقدار بار + یا – موردنیاز برای به دست آوردن بهترین فلوکولانت در پایین‌ترین دوز است. چگالی بار بستگی به نوع لجن برای تصفیه دارد. برای لجن شهری، این تراکم بار عمدتاً به صورت محتوای مواد آلی (OM) در لجن است. OM عموماً به محتویات جامدات فرار (VS) وابسته است. هر چه VS بیشتر باشد، بار کاتیونی بیشتری مورد نیاز است.

وزن مولکولی فلوکولانت

انتخاب وزن مولکولی، که طول زنجیره پلیمری است، بستگی به نوع تجهیزات مورد استفاده برای آبگیری دارد.
برای سانتریفیوژ: با توجه به برش بالا که به فلاک‌ها اعمال می‌شود، وزن مولکولی بالا تا بسیار زیاد، مناسب است.
برای فیلتراسیون: برای به دست آوردن زهکشی خوب وزن مولکولی کم تا متوسط بهتر است.

ساختار مولکولی فلوکولانت

ساختار مولکولی فلوکولانت

ساختار مولکولی فلوکولانت

ساختار مولکولی فلوکولانت بستگی به عملکرد آبگیری مورد نیاز دارد. برای فلوکولانت‌ها کاتیونی ساختارهای زیر وجود دارد:

ساختار خطی: در این حالت اگر وزن مولکولی صحیح انتخاب شود، با دوز پایین و عملکرد خوبی دارد.

ساختار های شاخه دار: این حالت با دوز متوسط عملکردی عالی دارد.

ساختارهای کراس لینکر: این حالت با دوز بالا، دارای عملکرد تخلیه استثنایی و مقاومت برشی می‌باشد.

نوع مونومر

نوع مونومر مورد استفاده برای سنتز فلوکولانت‌ها نیز بر فلوکولاسیون اثر می گذارد. مونومرهای متفاوتی جهت تولید پلی الکترولیت‌ آنیونی و پلی الکترولیت کاتیونی استفاده می‌شود. بعنوان مثال سدیم آکریلات از جمله مونومرهایی است که در تولید پلی الکترولیت آنیونی به وفور استفاده می‌شود.

کاربرد پلی الکترولیت در تصفیه آب: پلی الکترولیت‌ها نوعی ترکیبات پلیمری می‌باشند که به عنوان لخته‌کننده آلاینده و آلودگی‌های موجود در تصفیه آب به‌کار می‌روند.

برای خرید مواد شیمیایی می‌توانید از طریق شماره 02166568403 با کارشناسان بخش فروش دکتر کمیکال ارتباط برقرار کنید. همچنین شما می‌توانید انواع پلی الکترولیت‌ها را با کلیک بر روی گزینه‌های زیر خریداری کنید.

خرید پلی الکترولیت

خرید پلی الکترولیت کاتیونی

خرید پلی الکترولیت آنیونی

پلی الکترولیت در تصفیه آب

پلی الکترولیت‌های مورد استفاده در تصفیه آب ماهیت محلول در آب دارند و عمدتاً سنتزی هستند. با این حال ممکن است بعضی از پلی الکترولیت‌ها طبیعی بوده و مورد توجه باشند. به طور کلی با ماهیت یونی خود مشخص می شوند: پلی الکترولیت کاتیونی ، پلی الکترولیت آنیونی و پلی الکترولیت غیر یونی.

مهم‌ترین ویژگی لخته‌سازهای پلیمری وزن مولکولی و در مورد Polyelectrolytes چگالی بار است. مقادیر وزن مولکولی این محلول‌ها از چند هزار تا ده‌ها میلیون متغیر است: پلی الکترولیت با وزن مولکولی<  105، پلی الکترولیت با وزن مولکولی 105-106 و پلی الکترولیت با وزن مولکولی 106< .

به طور معمول، Polyelectrolytes به ترتیب دارای وزن مولکولی کم، متوسط یا زیاد مطابق با مقادیر وزن مولکولی در محدوده‌ها هستند. تمام این محلول‌ها که به عنوان لخته‌ساز در تصفیه آب استفاده می‌شوند ، باید محلول در آب باشند. در محلول‌های آبی اغلب پیکربندی کویل تصادفی را اتخاذ می‌کنند. بارزترین نمونه‌ها Polyelectrolytes هستند، قسمت‌هایی از پلی الکترولیت که باردار هستند.

در این حالت، سیم پیچ پلیمری می‌تواند به طور قابل توجهی منبسط شود و اثرات مهم یونی را در Polyelectrolytes ایجاد کند. در مقاومت یونی کاملاً بالا، دافعه بین بخش‌های باردار توسط یون‌ها در محلول “غربالگری” می‌شود و بنابراین انعطاف‌پذیری سیم پیچ این محلول چندان زیاد نیست. با کاهش غلظت نمک، دافعه قابل توجه‌تر می‌شود و سیم پیچ پلیمری آن، پیکربندی منبسط‌تری را اتخاذ می‌کند.

در شکل زیر، زنجیره پلیمری پلی الکترولیت به صورت کویل مشاهده می شود:

زنجیره پلیمری پلی الکترولیت

زنجیره پلیمری پلی الکترولیت

لخته کننده پلی الکترولیت

پلی الکترولیت‌هایی که عملاً به عنوان لخته‌کننده استفاده می‌شوند ، عمدتاً پلی آکریل آمیدها، پلی فسفات‌ها و پلیمرهای طبیعی اصلاح شده در آب – ژلاتین ، چیتوزان و همچنین مشتقات نشاسته و سلولز هستند. همچنین اغلب در میان این‌ها کوپلیمرهای پلی اکریل آمید اکریل آمید و اکریلات یا مونومرهای حاوی گروه‌های آمونیوم هستند.

پلی الکترولیت با وزن مولکولی، ماهیت گروه عاملی و چگالی بار مشخص می‌شود. یک نکته مهم در انتخاب Polyelectrolytes برای یک فرآیند مطلوب، پتانسیل آن به عنوان یک ماده منعقد کننده (با بی ثبات سازی کلوئید از طریق خنثی‌سازی) و به عنوان لخته‌ساز (با استفاده از پل بین ذره‌ای) است. PH همچنین پارامتر مهمی است که باید هنگام انتخاب این محلول برای یک کاربرد خاص در نظر گرفته شود.

حساسیت به PH به پلی الکترولیت‌های کاتیونی که در آن گروه‌های آمونیوم کواترنر غالب هستند و پلی الکترولیت آنیونی حاوی گروه‌های اسید سولفونیک رخ می‌دهد. لخته‌های ایجاد شده از پلی الکترولیت‌های دارای گروه های کربوکسیل یا آمین وابستگی زیادی به PH ایجاد می‌کنند. سمیت Polyelectrolytes پلی آکریل آمید معمولاً کم است، معمولاً کمتر از 0.05٪ است و عمدتاً از وجود آکریل آمید آزاد پلی الکترولیت حاصل می‌شود.

مطلب مکمل: پلی الکترولیت تصفیه فاضلاب

انتخاب پلی الکترولیت

عواملی که در انتخاب Polyelectrolytes منعقدکننده خاص تاثیر می‌گذارند، ماهیت ناخالصی‌ها و اندازه ذرات جامدات معلق است. انتخاب و دوز مورد نیاز پلی الکترولیت را می‌توان با آزمایش میزان ته نشینی، شفافیت و حجم گل رسوب شده تعیین کرد. تست‌های آزمایشگاهی دقیقا شرایط تصفیه را ایجاد نمی‌کنند و باید به عنوان مقدمه‌ای برای آزمون و خطا در سیستم‌ها در نظر گرفته شوند.

آماده سازی محلول پلی الکترولیت

اکثر این محلول‌ها که به عنوان لخته‌ساز استفاده می‌شوند، به صورت پودر سفید رنگ تقریبا بدون غبار در دسترس هستند و باید برای استفاده به عنوان یک سل کلوئیدی با غلظت 0.05-0.5٪ توزیع شود. این محدودیت به دلیل ویسکوزیته بالای پراکندگی‌های غلیظ‌تر (0.1-0.2 Pa s برای %0.5) است. افزودن گاه به گاه جامد این محلول به آب منجر به ساختاری ژله مانند می‌شود که به عنوان عامل لخته‌سازی بی‌فایده است. پراکندگی کارآمد آن با استفاده از سیستم Teacher – Venturi، ارائه یک راه حل همگن حاصل می‌شود. ذخیره‌سازی طولانی مدت یا دمای بالاتر از 60 درجه سانتی‌گراد Polyelectrolytes منجر به از دست دادن اثر ناشی از دپلیمر شدن می‌شود.

نقطه افزودن پلی الکترولیت از اهمیت بالایی برخوردار است. باید در نقطه‌ای اضافه شود که امکان مخلوط شدن یکنواخت با دوغاب را فراهم کند، اما نباید دچار تلاطم بیش از حد شود، که می‌تواند لکه را مختل کند. همچنین لازم است مقدمه ورود Polyelectrolytes – تا آنجا که ممکن است برای اطمینان از توزیع کارآمد رقیق باشد – در نقطه‌ای که باعث می‌شود زمان برای برخورد ذرات قبل از مرحله حذف جامد انجام شود. در عمل، دو سیستم برای آن نیز وجود دارد که شرایط صحیح لخته شدن را به دست می‌آورند: مخازن هم زدن ملایم، و اتاقک‌های لخته‌سازی.

لخته‌سازی یک استراتژی تصفیه اقتصادی ساده است که در شرایط مناسب می‌تواند برای تصفیه چندین پساب مختلف استفاده شود. در این فرایند، ابتدا منعقد کننده‌ها و سپس پلی الکترولیت اضافه می‌شود که باعث تجمع ذرات ریز پراکنده می‌شود. بنابراین ذرات بزرگ‌تر تشکیل می‌شود. دوم، سنگدانه‌های این ذرات توسط Polyelectrolytes به سرعت ته‌نشین می‌شوند و سیستم شفاف می‌شود.

تصفیه فاضلاب (فروش مواد شیمیایی تصفیه فاضلاب) با استفاده از این روش برای فاضلاب از منابع مختلف مانند صنایع نساجی (فروش مواد اولیه نساجی)، کارخانه‌های روغن نخل، کارخانه‌های تفاله و غیره کارآمد است و به طور گسترده‌ای استفاده می‌شود. از پلی الکترولیت‌های سنتزی معمولاً به عنوان لخته‌ساز برای افزایش کارایی فرآیند لخته‌سازی استفاده می‌شود. پلی الکترولیت‌های خطی و محلول در آب، بر اساس واحدهای تکرار شونده مونومرها مانند آکریل آمید و اسید اکریلیک، لخته‌سازهای آلی تجاری هستند.

پلی الکترولیت‌های آلی

پلی الکترولیت‌های آلی

پلی الکترولیت‌های آلی

کارایی تجمع با پلی الکترولیت‌های آلی می‌تواند بسیار بیشتر از منعقدکننده‌های غیر آلی باشد. حتی در دوزهای پایین، این محلول‌ها می‌توانند به طور موثری رشد فلاک‌ها را بهبود بخشیده و کارایی جداسازی را بهبود ببخشند. نسبت ناخالصی‌های جامد در فاضلاب‌ها بار مثبت دارند، اما لخته‌شدن آن‌ها با پلی الکترولیت‌های آنیونی کمتر مورد توجه قرار گرفته است، و در نتیجه انواع بسیار باریک‌تری از لخته‌های Polyelectrolytes آنیونی موجود است.

از نوع آنیون آن می‌توان در تصفیه فاضلاب شهری و پساب‌های صنایعی از قبیل فرآوری مواد معدنی، دباغی، فرآوری قند، تولید کاغذ، فلزکاری و شستشوی شن استفاده کرد. به عنوان گروه‌های عملکردی و اغلب کوپلیمرهای آکریل آمید هستند. پلی الکترولیت‌های مصنوعی مانند پلی آکریل آمید و کوپلیمرهای آن به عنوان فلوکولانت برای تصفیه فاضلاب توجه بسیاری را به خود جلب کرده‌اند. Polyelectrolytes با وزن مولکولی بالا و چگالی بار متوسط تا زیاد به عنوان لخته‌کننده در لخته شدن مستقیم یا با منعقدکننده‌های غیر آلی مانند آلوم، کلرید فریک یا سولفات فریک ترکیب شده‌اند.

فاضلاب صنعتی غالباً یک سیستم کلوئیدی جامدات پیچیده است که دارای ترکیبات محلول با منشا آلی یا معدنی است. تصفیه‌های فیزیکی و شیمیایی همچون استفاده از Polyelectrolytes در فاضلاب صنعتی می‌تواند نتایج خوبی را در جایی که فرآیندهای بیولوژیکی غیرقابل اجرا هستند، به عنوان مثال با مواد غیر قابل تجزیه شیمیایی مانند پلی الکترولیت‌ها، تخلیه‌های سمی یا حذف مواد معدنی و رنگ به دست آورد.

استفاده از Polyelectrolytes از نظر هزینه سرمایه ارزان‌تر است، به راحتی کنترل می‌شود و نسبت به تصفیه بیولوژیکی فضای کمتری مصرف می‌کند، اما از نظر هزینه‌های عملیاتی بالاتر است. ته نشینی جذبی و لخته‌سازی فرآيندهاي اصلي انعقاد ذرات كلوئيدي براي تشكيل رسوبات بزرگ‌تر است. مواد شیمیایی اصلی مورد استفاده آهک، سولفات فریک یا آلومینیوم و پلی الکترولیت‌ها هستند.

پلی الکترولیت‌های با وزن مولکولی کم نسبت به منعقد کننده‌های غیر آلی این مزیت را دارند که سطح نمک‌ها را افزایش نمی دهند، اما اغلب نسبتاً غیر اقتصادی هستند. پلی آلومینیم کلراید (خرید پلی آلومینیم کلراید) یا کلرو فریک معمولاً برای تقویت انعقاد استفاده می‌شوند. سپس، Polyelectrolytes با وزن مولکولی بالا به مواد جامد لخته شده اضافه می‌شود. مواد جامد بسیار پراکنده یا به یون‌های چند ظرفیتی یا به پلی الکترولیت‌های با وزن مولکولی کم نیاز دارند.

برای ذرات بزرگ‌تر، Polyelectrolytes با وزن مولکولی بالا موثرتر هستند. لخته‌سازی اجازه بازیابی پروتئین از پساب‌های حاصل از صنایع غذایی و همچنین از محصولات جانبی را فراهم می‌کند، به عنوان مثال تجمع پروتئین‌های آب پنیر با کربوکسی متیل سلولز ، یا رسوب پروتئین توسط پلی‌الکترولیت‌های آمید در زباله‌ها آب صنعتی سیب زمینی.

پلی الکترولیت‌های پلی آکریل آمید کاتیونی و آنیونی

پلی الکترولیت‌های پلی آکریل آمید کاتیونی و آنیونی در مقیاس آزمایشگاهی برای لخته شدن آب سبز از گیاهان زیر استفاده شد: برگ چغندر قند، شبدر، گندم سیاه، آفتابگردان و توتون. ترکیب شیمیایی محصولات بدست آمده مشابه ترکیبی است که با استفاده از روش انعقاد حرارتی بدست می‌آید.

استفاده از این محلول‌ها بطور منظم، در سیستم‌هایی که بطور خاص برای استفاده از آن‌ها طراحی نشده‌اند، قابل توصیه نیست! از پلی الکترولیت‌ها برای اطمینان از کیفیت قابل قبول آب تولید شده استفاده شده است، در حالیکه تولید را به حد مجاز می‌رساند. این روش معمولاً باعث خراب شدن فیلترها در مدت زمان کوتاهی می‌شود. اگرچه به نظر می‌رسد این مشکل در سیستم‌هایی که برای شستشو با فیلترهای شستشوی هوا نصب شده‌اند، شدت کمتری دارد. درجه خروجی هر سیستم  قدیمی‌تر که برای دستیابی به استانداردهای کیفیت مجبور به استفاده از پلی الکترولیت به طور مداوم است ، باید بررسی شود و در صورت لزوم کاهش یابد.

افزودن پلی الکترولیت

افزودن پلی الکترولیت

لخته شدن و انعقاد فرآیندهای مشابه هستند، اما در مکانیزم‌های تجمع توسط Polyelectrolytes، متفاوت هستند. پلی الکترولیتها در فرآیند  لخته شدن باعث می‌شوند که یک پلیمر به چندین سطح ذره جذب شود و بنابراین مواد را جمع می‌کنند. سنگدانه‌های حاصل معمولاً فلاک نامیده می‌شوند. تغییر دما، PH یا بار باعث انعقاد مکانی می‌شود که ذرات با هم جمع می‌شوند.

پل زدن پلیمری Polyelectrolytes یک مکانیسم کاملاً ثابت برای لخته شدن پلی‌الکترولیت با ناخالصی‌ها است. پل زدن هنگامی اتفاق می‌افتد که پلی الکترولیت‌های با وزن مولکولی بالا (>107 گرم بر مول) به سطح چندین ذره جذب می‌شوند، که ذرات را از طریق نیروهای الکترواستاتیکی به یکدیگر متصل می‌کند و منجر به تشکیل یک لخته می‌‎شود.

شکل زیر نمونه‌ای از پل زدن Polyelectrolytes را نشان می‌دهد که در آن دو زنجیره پلی الکترولیت با سه ذره تعامل کرده و باعث تجمع می‌شوند. این نوع لخته‌سازی برای دستیابی به بالاترین بازده لخته‌سازی به دوز بهینه Polyelectrolytes در محدوده چگالی بار مشخص نیاز دارد. به عنوان مثال شکل زیر تاثیری به نام بازسازی را نشان می‌دهد که وقتی مقادیر اضافی از گونه‌های دارای بار مثبت در سیستم وجود داشته باشد (بارهای پلی الکترولیت) مانع از اتصال Polyelectrolytes به چند ذره می‌شود. لخته شدن موفق آن از طریق پل زدن پلی‌الکترولیت، بستگی زیادی به وزن و مقدار مولکولی Polyelectrolytes دارد.

پل زدن پلی الکترولیت

پل زدن پلی الکترولیت

وزن مولکولی و چگالی بار از عوامل اساسی در ایجاد پلی الکترولیت و مکانیزم لخته‌سازی خنثی‌سازی بار است. تشکیل لخته‌های پایدار از پل زدن Polyelectrolytes به وزن مولکولی بیش از 106 گرم بر مول نیاز دارد. این محدوده وزن مولکولی اجازه می‌دهد تا زنجیره‌های پلی الکترولیت به چند ذره متصل شوند.

محققان پلی الکترولیت‌هایی با ساختارهای مختلف را مطالعه کردند، به عنوان مثال پلی‌الکترولیت‌های خطی در مقابل پیوند، برای مقایسه اثرات روی لخته شدن ذرات. عامل تعیین کننده دیگر چگالی بار پلی الکترولیت است که در آن دامنه ای از 10٪ − 30٪ چگالی بار اتصال را ایجاد می‌کند در حالیکه از ایجاد مجدد ذرات جلوگیری می‌کند. تراکم بار بالای 30٪ در Polyelectrolytes نه تنها باعث ایجاد ثبات می‌شود، بلکه پتانسیل شروع دفع ذرات را نیز دارد. این محدوده بار برای پلی الکترولیت ها همچنین به دلیل ترکیب پیچیده فاضلاب که در آن ذرات خنثی هستند و دارای بار مثبت و منفی هستند نیز از اهمیت برخوردار است.

بسیاری از فاکتورهای دیگر در تشکیل لخته‌ها مانند PH فاضلاب و آبگریزی آب دوستی Polyelectrolytes تاثیر دارند. پلی الکترولیت‌ها بسته به PH سیستم تقسیم می‌شوند، بنابراین محلول پلی الکترولیت قوی یا ضعیف‌تری تولید می‌شود. این محلول قوی‌تر حاوی پتانسیل بیشتری برای اتصال ذرات هستند، بنابراین باعث ایجاد لخته‌های متراکم و پایدار می‌شوند. از عوامل دیگر می‌توان به ترتیب و سرعت افزودن پلی الکترولیت به فاضلاب و اندازه ذرات ناخالصی‌ها اشاره کرد.

اکثر ذرات ریز موجود در طبیعت، مانند آن‌هایی که در یک عملیات تصفیه جمع‌آوری می‌شوند، دارای بار سطحی منفی هستند. این بار نیروهای دافعه‌ای را تنظیم می‌کند که تمایل جمع شدن و نشست ذرات را کاهش می‌دهد. با این حال عوامل دیگری مانند اندازه ذرات، تراکم ذرات و تراکم مایع نیز تاثیر قابل توجهی بر تمایل ذرات ریز به ته‌نشینی دارند. قانون استوکس، که در زیر نشان داده شده است می‌تواند برای تخمین زمان نشستن یک ذره در حال سقوط آزاد در مایع استفاده شود.

V= سرعت نهایی ذره

r= شعاع ذره

d1=دانسیته ذره

d2=دانسیته مایع

Ƞ =ضریب ویسکوزیته

g=ثابت وزنی

ذرات ریز یکدست دارای بار سطحی منفی هستند. برای اینکه این ذرات کنار هم قرار بگیرند، این بارهای سطحی باید خنثی شوند. به فرآیند خنثی‌سازی بار و پیوند ذرات برای تشکیل ذرات میکروفلوک، انعقاد گفته می‌شود. خنثی‌سازی بار با افزودن یک ماده منعقد کننده حاصل می‌شود که بار منفی سطح را با بار مثبت خود خنثی می‌کند. سپس ذرات منعقد شده به اندازه ذرات بزرگتر تجمع یافته و با افزودن لخته‌ساز پلی الکترولیت ته‌نشین می شوند.

مکانیسم انعقاد در شکل زیر نشان داده شده است:

لخته سازی میکرو فلاک ها توسط پلی الکترولیت

لخته سازی میکرو فلاک ها توسط پلی الکترولیت

[prod_promo promo_type=’product-promo’ prod_heading=’3792′ cat_heading=’48’ heading=’فروش پلی الکترولیت کاتیونی’ imgsize=’125′ desktopimg=” mobileimg=” style=’custom-sub’ subheading_size=’15’ label=’اکنون سفارش دهید’ link=’product,3792′ link_target=’_blank’ size=’small’ icon_select=’no’ icon=’ue800′ font=’entypo-fontello’ headingcolor=’custom-color-heading’ headingcustom_font=’#00b578′ subcolor=” custom_subfont=” color=’custom’ custom_bg=’#00b578′ custom_font=’#ffffff’ custom_class=” av_uid=’av-kjttmmvd’] کیسه 25 کیلویی فروش انواع پلی الکترولیت کاتیونی و آنیونی، جهت کسب اطلاعات بیشتر با دکتر کمیکال تماس بگیرید. [/prod_promo] [prod_promo promo_type=’product-promo’ prod_heading=’3790′ cat_heading=’48’ […]

[prod_promo promo_type=’product-promo’ prod_heading=’3790′ cat_heading=’48’ heading=’فروش پلی الکترولیت آنیونی’ imgsize=’125′ desktopimg=” mobileimg=” style=’custom-sub’ subheading_size=’15’ label=’اکنون سفارش دهید’ link=’product,3792′ link_target=’_blank’ size=’small’ icon_select=’no’ icon=’ue800′ font=’entypo-fontello’ headingcolor=’custom-color-heading’ headingcustom_font=’#00b578′ subcolor=” custom_subfont=” color=’custom’ custom_bg=’#00b578′ custom_font=’#ffffff’ custom_class=” av_uid=’av-kjttmmvd’] کیسه 25 کیلویی فروش انواع پلی الکترولیت آنیونی و کاتیونی، جهت کسب اطلاعات بیشتر با دکتر کمیکال تماس بگیرید. [/prod_promo] [prod_promo promo_type=’product-promo’ prod_heading=’3792′ cat_heading=’48’ […]

[prod_promo promo_type=’product-promo’ prod_heading=’3790′ cat_heading=’48’ heading=’فروش پلی الکترولیت آنیونی’ imgsize=’125′ desktopimg=” mobileimg=” style=’custom-sub’ subheading_size=’15’ label=’اکنون سفارش دهید’ link=’product,3792′ link_target=’_blank’ size=’small’ icon_select=’no’ icon=’ue800′ font=’entypo-fontello’ headingcolor=’custom-color-heading’ headingcustom_font=’#00b578′ subcolor=” custom_subfont=” color=’custom’ custom_bg=’#00b578′ custom_font=’#ffffff’ custom_class=” av_uid=’av-kjttmmvd’] کیسه 25 کیلویی فروش انواع پلی الکترولیت آنیونی و کاتیونی، جهت کسب اطلاعات بیشتر با دکتر کمیکال تماس بگیرید. [/prod_promo] [prod_promo promo_type=’product-promo’ prod_heading=’3792′ cat_heading=’48’ […]

[prod_promo promo_type=’product-promo’ prod_heading=’3825′ cat_heading=’48’ heading=” imgsize=’125′ desktopimg=” mobileimg=” style=’custom-sub’ subheading_size=’15’ label=’اکنون سفارش دهید’ link=’product,3825′ link_target=’_blank’ size=’small’ icon_select=’no’ icon=’ue800′ font=’entypo-fontello’ headingcolor=’custom-color-heading’ headingcustom_font=’#00b578′ subcolor=” custom_subfont=” color=’custom’ custom_bg=’#00b578′ custom_font=’#ffffff’ custom_class=” av_uid=’av-kjtuv1zc’] کیسه 25 کیلویی فروش پلی آلومینیم کلراید، جهت کسب اطلاعات بیشتر با دکتر کمیکال تماس بگیرید. [/prod_promo] [prod_promo promo_type=’product-promo’ prod_heading=’3792′ cat_heading=’48’ heading=’فروش پلی الکترولیت کاتیونی’ imgsize=’125′ desktopimg=” […]