Композициялы гидрогельдерді ааба суларды тазарту процесінде пайдалану

Кіріспе

Республикада су ресурстарын жақсарту қажеттілігі айналмалы су қамту көлемінің курт eсуiн, сондай-ак, аFынды суларды су коймаларына тиiмдi коспалардын мeлшерi-мен жіберуді қажет етеді. Осы себептерге байланысты ағынды суларды мұнайдан, мұнай өнімдерінен тазарту маңызды орынға ие болып отыр. Олар ЮНЕСКО берілгендері бойынша, қоршаған ортаны ластайтын ең кауiптi ластаFыштар болып табылады [1].

Табиғи сулардың ластануының негізгі кeздерi - ауадан сiнiрiлiп алынFан eндiрiстiк тектеп ластаFыштарды тасымалдайтын ат-мосфералық сулар, сонымен қатар қалалық және өндірістік ағынды сулар. Өндірістік ағынды сулар өндірістің әртүрлі салаларында тузiледi. 0ндiрiстiн дамуы жэне суды кол-дануы артқан сайын сұйық қалдықтарда өсуде. Негізгі өндірістердің ақаба суларында әртүрлі ластағыштар: мұнай өнімдері, фенол және басқада органикалық қосылыстар, ауыр металлдар, цианидтер жэне т.б. [2].

Ақаба суларды тазалауда сорбциялық эдiс тиiмдi эдiстердiн бiрi болып табылады. КазФ элемде эртурлi белгiлерi бойынша кеп-теген турлерге бeлiнетiн сорбенттердщ 200-ден артық түрін ұсынып отыр. Сорбцияның тиімділігі сорбенттердің судан көптеген бейорганикалык жэне органикалык, сондай-ак баска да эдiстермен жойылмайтын косылыс-тарды бeлiп алу кабiлеттiлiгiне негiзделген [3].

^азiргi кезде акаба суларды компози-циялық материалдарды қолдану арқылы тазарту әдісі кең қолданыла бастады. Ақаба суларды тазарту ушiн болашаFы зор эдiс-терінің бірі сорбциялық әдіс мүмкіншілігі мол процесс болып табылады. СоцFы жыл-дары полимерлік және материалтану туралы ғылымның ең бір маңызды бағыттарының жаца немесе кешендi жаксартылFан касиет-терi бар полимерлiк композициялык ма-териалдарын (ПКМ) алу. Оларға полимерлік нанокомпозиттер деп аталатын функционал-ды материалдардың жаңа түрлері жатады, оларды полимерлiк материалдарды кол-данудын, эр турлi баFыттарында колдануFа бо-лады. Сондыктан ауыр металдар иондары мен ластанFан eндiрiстiк суларды тазартуда бiр-текті талапқа сай композициялық гельдерді алу және бұл қосылыстардың ауыр металл иондарын сорбциялау касиеттерiн аныктау.

Зерттеу нысаны мен әдістері

Зерттеу нысандары ретiнде: акриламид, акрил кышкылы, N,N-метилен-бис-акрил- амид, натрий акрилаты, алтынның нано-бөлшектері, полиэтиленимин қолданылды.

Қолданылған зерттеу әдістері: in-situ әдісі; Кетц әдісі; алтынның нано бөлшектерін иммобилизациялау; үлгі алу; гидрогельдердің рН-сезімталдығын анықтау.

Натрий акрилаты мен алтынның калл-оидты ерітіндісін in-situ әдісімен дайындалады [4]. HAuCl 4 сулы ерітіндісін (2,5мл 0,5 моль/л) кері тоңазытқыштың көмегімен 5-10 мин бойы қайнатылады. Содан кейін, қайнаған ерітіндіге 1,5 мл ерітіндісі 4 моль натрий акрилатын қосып, қайтадан 30 минут қайнатамыз (50-60ºС). Таңқурай түсті ерітінді коюланады.

Алтынның нанобөлшектерін поли-этилениминге иммобилизацияланған синтезді Кетц әдісі бойынша дайындалады [5]. HAuCl 4 сулы ерітіндісін (2,5 мл 0,5моль/л) 1мл концентрациясы 1% болатын сызықты полиэтилениминмен бөлме температурасында араластырылады. Содан кейін, қоспаны 100°С температурада 10 минут бойы қайнатылады. Нәтижесінде, ашық қызыл түсті ерітінді алынады. Алынған ерітіндіні Au-AA-ПЭИ гидрогельді үлгісін алу үшін қолданады.

Гидрогельді үлгіні алу үшін 0,4г акриламидті және МБАА (метилен-бисакрил-амидті), 4 мл полиэтиленимин мен алтынның коллоидты ерітіндісінде ерітіп, 0,010 г персульфат аммонийді қосамыз. Акриламид, N,N-метилен-бис-акриламид (МБАА), поли-этиленимин (ПЭИ) мен алтынның каллоидты ерітіндісі, персульфат аммоний комплексінен тұратын, жалпы көлемі 4 мл болатын реакци-ялық қоспаны оттекті жою үшін, азотпен үрлейміз де, диаметрі 1см және ұзындығы 5см болатын шприцке енгіземіз. Полимеризация процесін 333 К-да 0,5 сағат өткіземіз. Алынған монолитті үлгіні дистил-денген суда фракция зольдерін жою үшін шай ады. Содан кейін, алынған гидрогельдің кейбір үлгісі шарлы ұнтақтатқышта үгітіледі де, вакуумның астында сақталады.

Гидрогельдердің үлгілерінің рН-сезім-талдығын анықтау.

1 тәулік бойы алынған гидрогель үлгілерінің әр түрлі рН орталарда (pH=3,5-7, pH=7, pH=7-9) тәртібі байқалады. Аналити-калық таразыда күлден тазаланған, суда ісінген АА-АҚ, АА-АҚ-Аu, АА-Аu-ПЭИ не-гізіндегі гидрогель үлгілерін сулы ерітіндіге енгізеді. Олардың pH-тарын НСl немесе NaOH-ты қосу арқылы реттейді. Гельдердің рН-сезімталдығын m pH /m нв формуласы бой-ынша анықтайды (бұл жерде m pH -рН-тың мәні берілген массасы, m нв - суда ісінген гельдің массасы) (кесте-1,2,3).

Кесте 1 - АА-АҚ негізіндегі ісінген гидрогельдің үлгісінің массасы және әр түрлі рН-орталарда ұсталған гидрогельдің массасы

рН	3,5	4,5	5,0	5,5	6,0	6,5	7,0	7,5	8,0	8,5	9,0
m 0	0,105	0,11	0,114	0,11	0,11	0,10	0,10	0,11	0,10	0,11	0,11
m t	0,010	0,035	0,05	0,07	0,08	0,09	0,09	0,08	0,05	0,03	0,02
m t /m 0	0,1	0,3	0,5	0,63	0,89	0,9	0,91	0,75	0,5	0,31	0,22

Кесте 2 - АА-АҚ-Аu негізіндегі ісінген гидрогельдің үлгісінің массасы және әр түрлі рН-орталарда ұсталған гидрогельдің массасы

рН	3,5	4,5	5,0	5,5	6,0	6,5	7,0	7,5	8,0	8,5	9,0
m0	0,10	0,113	0,119	0,107	0,112	0,102	0,104	0,118	0,10	0,11	0,101
m t	0,06	0,076	0,126	0,132	0,17	0,18	0,19	0,22	0,18	0,173	0,170
mt/m0	0,19	0,6	1,05	1,22	1,55	1,8	1,86	1,79	1,76	1,73	1,68

Кесте 3 - АА- Аu-ПЭИ негізіндегі ісінген гидрогельдің үлгісінің массасы және әр түрлі рН-орталарда ұсталған гидрогельдің массасы

рН	3,5	4,5	5,0	5,5	6,0	6,5	7,0	7,5	8,0	8,5	9,0
m 0	0,034	0,042	0,067	0,107	0,057	0,059	0,064	0,06	0,066	0,05	0,059
m t	0,062	0,076	0,126	0,118	0,099	0,099	0,053	0,04	0,047	0,03	0,036
mt/m0	1,82	1,8	1,76	1,75	1,72	1,68	0,83	0,71	1,76	1,73	1,68

Алынған мәліметтер бойынша график салынды. Бұл график арқылы гидрогельдің рН-сезімталдығы мен қасиеттері анықталды.

Зерттеу нәтижелері және оларды талдау

Композициялық гидрогельдердің ақаба суларды тазарту нәтижесінде келесі көрсет-кіштер белгілі болды (кесте-4):

Кесте 4 - Әртүрлі композициялық гидрогельдің мөлшерінде ақаба сулардың тазалану дәрежесі

Композициялық гидрогельдің мөлшері, г	Судың мөлшері, г		Тазарту дәрежесі, %
	Сорбцияға дейін	Сорбциядан кейін
0,1085	30	4,28	14
0,1289	30	8,17	27,2
0,1455	30	11,23	37,4
0,1598	30	17,45	58,2
0,1700	30	21,83	72,8
0,2000	30	26,80	89,3

Жасалған тәжірибеде акриламид не-гізінде дайындалған композициялық гидрогель қолданылды. Тазалау барысында акриламид негізіндегі композициялық гидрогель флокулянт ретінде ақаба суды тазалау мақсатымен қолданылды. Флокулянттардың әсері, бөлшектердің ірі флокулаларға қатысты агломерациясына тәуелді. Флокуляция заряд-тардың бейтараптандыру механизмі арқылы макромолекулалардың бөлшектердің бетінің химиялық әсерлесуі арқылы жүзеге асады. Гидрогель хауыз ретінде әсерін тигізеді. Ол ақаба суға қажет емес теріс заттарды сіңіріп, суды тазартады. Композициялық гидрогель-дің кристалды түйіршігі, ұсақ тесіктерге ие болады да, ауа мен су тамшыларын сақтап қалып отырады.

Гидрогельдердің ісіну коэффициентінің рН-орталарға тәуелділігі (1-суретте) көрсетіл-ген. АА-АК және АА-АК-Аu негізінде алынған композициялық гидрогельдердің үлгілері сілтілік ортада ісінеді, ал АА-Аu-ПЭИ негізінде алынған гидрогельдің үлгісі қышқылдық ортада ісінетіні анықталды.

1-AA-AK

3    4     5    6    7    89

pH

Сурет 1- Гидрогельдің ісіну дәрежесінің рН-орталарға тәуелділігі

Қорытынды

Ақаба суларды гидрогельдердің көмегі-мен тазарту үшін, алдымен композициялық гидрогельдердің белгілі құрамы алынып, олар- дың физика-химиялық қасиеттері зерттелді. Физика-химиялық қасиеттердің зерттеулері берген нәтижелерге сүйене отырып, ағынды суларды тазарту үшін қандай құрамды гидро- гельдерді қолдану керек екені анықталды. Алынған композиционды гидрогельдерді ақаба суларды тазартуға, сондай-ақ токсикалық емес және технологиялық материалдар ретінде медицинада, фармацефтикада, биотехнологияда кеңінен қолдануға болады.

Жұмыс барысында салыстырмалы арзан, суда ерігіш, кешен түзу қабілеті бар, сорбция, десорбция және механикалық қасиеттері жақсартылған біршама қол жетерлік ком-позициялық материалдарды қолдану арқылы ақаба суларды тазарту тиімді екені анықталды.

ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

• 1.    Кенжегалиев А.К, Хасанова А.А. Влияние ТГПЗ на экологическое состояние природной среды. // Нефть и газ.-2007.-№3. –С.74-77.

• 2.    Яромский, В.Н. Очистка сточных вод пищевых и перерабатывающих предприятий -Минск: Издательский центр БГУ, 2009. – 121 с.

• 3.    Шапкин Н.П., Скобун А.С., Жамская Н.Н., Завьялов Б.Б., Царев Д.В. Физикохимические исследования очистки сточных вод // Материалы междунар. конгр. «Вэйстек-2003», М., 2003. – С.164-165.

• 4.    Филиппова О.Е. Восприимчивые полимерные гели //Высокомолекулярные соединения, 2000-. Т.42-. №12. – С.44-45.

• 5.    Хохлов А.Р., Дормидонтова Е.Е. Самоорганизация в ион-содержащих полимерных-системах//Успехи физических наук.– 1997.-Т. 167.- №2. –С.113–128.