Процессы дестабилизации в реальной дисперсной системе Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 541.64:451.18.041.2

Г. Г. Абдуллазянова, В. П. Барабанов

ПРОЦЕССЫ ДЕСТАБИЛИЗАЦИИ В РЕАЛЬНОЙ ДИСПЕРСНОЙ СИСТЕМЕ

Ключевые слова: оксосульфат алюминия, флокуляция, сополимеры полиакриламида, реальная дисперсная система

Изучены особенности процессов коагуляции и флокуляции на примере реальной дисперсной системы. Методами физико-химического анализа установлены оптимальные концентрации композиций коагулянт (оксосульфат алюминия) - флокулянт (сополимеры полиакриламида).

Keywords: oksosulfat aluminum, flocculation, copolymers of Polyacrylamide, real dispersed system.

The features of the processes of coagulation and flocculation were studied on the example of the real dispersed system. Optimal concentrations of compositions coagulant (oksosulfat aluminum) - flocculant (polyacrylamide copolymers) was established by physical and chemical analysis.

Введение

Сточные воды пищевых предприятий относятся к категории устойчивых слабоконцентрированных [1, 2], а иногда и высоконцентрированных [3 - 5] дисперсных систем. Наибольшее превышение наблюдается по содержанию органических загрязнений и взвешенных веществ.

В настоящее время широкое применение находят реагентные методы дестабилизации подобного рода систем - они достаточно эффективны и просты [6 - 8].

Протекание процессов коагуляции и флоку-ляции зависит от большого числа параметров. Существует три основные группы параметров, определяющих кинетическую устойчивость системы. Первая группа связана со спецификой состава и поведения частиц дисперсной фазы, вторая - с характером дисперсионной среды, третья со спецификой поведения полимерных флокулянтов [9]. Последнее на сегодняшний день представляет наибольший интерес.

Целью данной работы является - изучение влияния природы флокулянта на процесс образования ассоциатов, также качественная и количественная оценка флокулирующих показателей композиций коагулянта с флокулянтами.

Объекты и методы исследования

Объектом исследования являлась высокодисперсная система, являющаяся сточной водой майонезного производства. Структурно-групповой состав и размер частиц исходной системы (4,5-10-6 м) были определены ранее [10].

В работе были использованы следующие физико-химические методы исследования: метод седиментации [11] и осветления [12].

В качестве коагулянта использовали оксо-сульфат алюминия - ОСА (ГОСТ 12966-85). В качестве флокулянтов анионной природы - сополимеры акриламида с акрилатом натрия (ПАА1, ПАА2, ПАА3). Введение флокулянтов осуществлялось на фоне оптимальной концентрации коагулянта (сОСА = 0,05 %) [10].

Обсуждение результатов

Оптимизация процессов коагуляции и фло-куляции в жир- и белоксодержащих дисперсных системах является актуальной задачей.

Изучение действия композиций коагулянта с флокулянтами проводилось методом осветления. На рис. 1 приведены результаты исследований в присутствии оптимальных концентраций добавок, правильность подбора которых была подтверждена ранее методами фотоэлектроколориметрии и первичного хлопьеобразования [9, 10].

Необходимо отметить увеличение скорости процесса осветления в присутствии композиций реагентов по сравнению с процессом в присутствии только одного коагулянта. Это, по нашему мнению, указывает на большую активность и открытость структуры образованной ОСА, что способствует ускорению процесса образования вторичной структуры с флокулянтом.

Действие оптимальных концентраций фло-кулянтов проявляется уже на стадии хлопьеобразо-вания. Время ввода полимеров не оказывает особого влияния на процесс формирования вторичных структур. Наилучший результат достигается при последовательном введении композиции ОСА и ПАА1. Это, возможно, связано с наибольшей молекулярной массой этого полимера (Мл = 12,6 • 10-6)

по сравнению с ПАА2 и ПАА3 (4,6 ■ 10" соответственно).

и 4,4 ■ 10

Н, % 80

♦ ОСА

о ОСА+ПАА1 ° ОСА+ПАА2 Д ОСА+ПАА3

Рис. 1 - Кривые осветления в присутствии оптимальных концентраций добавок с,% : ОСА -0,05; ПАА1 - 410-6 ; ПАА2 - 210-4 ; ПАА3- 210-4

60

40

20

0

Правильность полученных результатов была так же подтверждена весовым методом (рис.2). Кинетические кривые седиментации указывают на быстроту построения цепочечных структур и образование из мелких более крупных агрегатов в присутствии микродоз (10-6 - 10-4 %) вводимых флоку-лянтов.

дО/Ртах 1

Л = -

0,8 0,6 0,4 0,2 0

ОСА

ОСА +ПАА1 ОСА +ПАА2 ОСА +ПАА3

15 ^ мин

Рис. 2 - Кинетические кривые седиментации в присутствии оптимальных концентраций добавок с,% : ОСА - 0,05; ПАА1 - 410-6; ПАА2 - 210" 4 ; ПАА3- 210"4

Для определения размеров агрегатов в присутствии коагулянта и композиций коагулянта с флокулянтами, на основании данных седиментаци-онного анализа (рис. 2), были построены дифференциальные кривые распределения частиц по размерам в присутствии оптимальных концентраций добавок (рис. 3). Данный метод является приближенным и позволяет определить размер частиц до величин одного порядка. Из графиков видно, что происходит существенное изменение эффективных размеров образующихся агрегатов по сравнению с размерами частиц исходных суспензий на два порядка.

ОСА в—ОСА+ПАА1 в—ОСА+ПАА2 А—ОСА+ПАА3

И*10Л м

Рис. 3 - Дифференциальные кривые распределения частиц по размерам в присутствии оптимальных концентраций добавок с,% : ОСА -0,05; ПАА1 - 410"6 ; ПАА2 - 210"4 ; ПАА3- 210"4

Для количественной и сопоставительной оценки флокулирующей способности полимеров были рассчитаны, на основании кривых седиментации, параметры Б (флокулирующий эффект) и X (флокулирующая активность) [13]:

В = — -1 = Г1/2(с=0)

V

11/2(С )

- 1 ,

(1)

где V и ¥0 - скорость седиментации частиц дисперсной фазы с полимерной добавкой и без нее;

^1/2(0) и ^1/2(с=0) - время осаждения 50% массы дисперсной фазы в присутствии активной добавки (С) и без нее (С = 0).

'•1/2(С )

Ч/2(С=0)

-1.1=В,

С; С;

(2)

где С; - концентрация полимерной добавки.

Результаты обработки кинетических кривых седиментации представлены в табл. 1.

Таблица 1 - Зависимость флокулирующих показателей от концентрации флокулянтов

Флокулянт с, % Б к = Б / с, м3 / кг

ПАА1 3 10-6 11,0 3,7-10э

4-10"6 14,8 3,7-105

510-6 12,6 2,5-10э

ПАА2 110-4 10,2 10,2103

2-10-4 10,5 5,3-103

310-4 10,3 3,4-103

ПАА3 110-4 9,5 9,5103

2-10"4 10,1 5,0-103

310-4 9,5 3,2-103

Согласно приведенным данным, наибольший флокулирующий эффект и флоккулирующая способность в системе наблюдается в присутствии композиции ОСА и ПАА1. ПАА1 обладает большей молекулярной массой, но его концентрация в системе почти в 100 раз меньше и, возможно, флокуляция происходит за счет взаимодействия одной и той же молекулы полимера с несколькими частицами дисперсной фазы [13]. Между отрицательно заряженными макромолекулами сополимеров и положительно заряженной первичной оболочкой коагулянта происходит нейтрализационное взаимодействие. Наряду с этим возможно возникновение водородных связей между функциональными группами сополимеров и гидратными группами коагулянта. Отталкивательный эффект, возникающий между частицами дисперсной фазы и одноименно заряженными частицами флоку-лянта, делает взаимодействие с первичной структурой коагулянта более выраженным [9].

Таким образом, необходимо отметить несомненное влияние на процесс флокуляции: структуры ранее образованной коагулянтом, концентрации и природы полимера.

Литература

1. Д. А. Данилович. Дисс. канд. техн. наук, Московский государственный строительный университет, Москва, 2005. 215с.

2. Е.О. Ноздрина, С.Б. Зуева, Л.В. Голубева Успехи современного естествознаяния, 7, 168-170 (2011)

3. Л.Л. Никифоров Мясная индустрия, 11, 59-62 (2007)

4. Пат. Ш 2225368 (2004)

5. Н.И. Белоусова, Т. А. Мануйлова Мясная индустрия, 7, 2007, 57-60 (2007)

6. Д.В. Шайкин, В.Ю. Ломовцев, С.Б. Зуева, Н.М. Ильина Успехи современного естествознания, 7, 65-66 (2010)

7. Пат. РФ, Ш 2414435 (2011)

8. Ю.В. Устинова, А.Ю. Темирев, Т.В. Шевченко, Е.В. Ульрих Фундаментальные исследования, 6, 80-81, (2008)

9. Г.Г. Файзуллина Дисс. канд. хим. наук, Казанский государственный технологический университет, Казань, 2004. 165с.

10. Г.Г. Абдуллазянова Вестник Казанского технологического университета, 17, 8, 184-186 (2014)

11. Ю.Г. Фролов, А.С. Гродской Лабораторные методы и задачи по коллоидной химии. Химия, Москва, 1986. 216с.

12. Унифицированные методы анализа вод. // Под ред. Лурье. Москва, Химия, 1973. 376с.

13. В.А. Мягченков, А.А. Баран, Е.А. Беркутов, Г.В. Бу-лидорова Полиакриламидные флокулянты. Казан. гос. технол. ун-т, Казань, 1998. 288с.

© Г. Г. Абдуллазянова - канд. хим. наук, доц. каф. физической и коллоидной химии КНИТУ, [email protected]; В. П. Барабанов - д-р хим. наук, проф. каф. физической и коллоидной химии КНИТУ.

© G. G. АЬии11а/уапоуа -PhD in Chemical Science, docent (Associated professor), department of Physical and Colloid Chemistry, KNRTU, [email protected]; V. P. Barabanov - Full Doctor of Science in Chemical Science, professor, department of Physical and Colloid Chemistry, KNRTU.