Функционал топтарының түрлерімен ерекшеленуші полиэлектролиттердің дарбаза бентониті және фракциясы дисперсиясының тұрақтылығына әсері а.а. асанов, а.с. кожамжарова, г.а. алдибекова

Функционал топтарының түрлерімен, алыну жағдайымен ерекшеленуші полиэлектролиттер қатысында бентонит гидродисперсиясы және оның фракцияларының тұрақтылығының өзгеруі арқылы флокуляциялаушы қабілетінің өзгеруі анықталып, оңтайлы жолы таңдалып алынып, экономикалық экологиялық тұрғыдан тиімділігі жоғары болатыны туралы болжам жасалды.

Қазіргі уақытта бентонит минералдарының өндірістің, шаруашылықтың, медицинаның түрлі салаларында қолданылуы артып баруымен байланысты олардың кейбір физикалық, коллоидтық-химиялық қасиеттерін мақсатты, бағытты түрде өзгертуге деген талап та өсіп келеді [1]. Себебі көптеген өндірістің түрлері бентонит өнімдерін қалыптау мақсатында пайдаланса, ал мұнай-газ өндірісі саласында кеніштерді іздеу, өндіру саласында бентонит өнімдерін бұрғылау ерітіндісін дайындау үшін қолданады [2]. Сонымен бірге бентониттің кейбір табиғи тазартылған түрлері медицинада адсорбент ретінде немесе дәрі-дәрмек алу үдерісінде де кең пайдаланылады [3]. Бірақ бентонит өнімдерінің мұндай әр алуан салаларда қолданылуы олардың кейбір физикалық, коллоидтық-химиялық қасиеттерін сол салалардың талабына сай өзгертуді қажет етеді. Осы көрсетілген өндіріс салаларының ішінде бентонит өнімдері мұнай-газ өндірісінде жиі қолданылады. Ол әсіресе соңғы жылдары айрықша қарқынмен артып келеді. Бірақ табиғи бентониттің физикалық, коллоидтық- химиялық қасиеттері мұнай-газ өндірісінің талаптарына барлық уақыт сәйкес келе бермейді. Өйткені кейбіреулерінің дисперстік дәрежесінің төмендігі және гидрофильдік қасиетінің әлсіз болуы салдарынан олардың сулы ерітінділерінің тұрақтылығы жеткіліксіз болады. Сонымен қатар қойылтқыштық қасиеті де жеткіліксіз. Сондықтан осы кемшіліктерді реттеу үшін қазіргі уақытта ғылыми деректерде келтірілген мәліметтерге қарағанда суда еритін полимерлердің қолданылуы мақсатқа лайық деп есептеледі [4].

Сол үшін бұл жұмыста Қазақстан Республикасының оңтүстік өңірінде орналасқан Дарбаза кеніші бентонитінің кейбір физикалық, коллоидтық-химиялық қасиеттерінің өзгеруіне функционал топтарының түрлері және макромолекулада орналасуымен ерекшеленуші суда еритін полимерлердің әсері зерттелді. Қазақстан Республикасының оңтүстік өңірінде орналасқан Дарбаза бентонитінің зерттеу нысаны ретінде таңдалуы, қоры жағынан жеткілікті және тасымалдауға ыңғайлы болуымен байланысты, бірақ осы аталмыш бентониттің өндірістің, шаруашылықтың түрлі салаларында қолданылуының шектелген. Оның себебі сулы дисперсиясының тұрақтылығының жоғары болмауы, қойылтқыш қасиетінің, адсорбциялаушы, сонымен бірге суды өзінде сақтау қабілетініңәлсіздігімен байланысты. Сол себепті осы қасиеттерін мақсатты, бағытты түрде реттеуде қазіргі уақытта өндірістік жағдайда табиғи целлюлозаны химиялық жолмен түрлендіріп алынған суда еритін жасанды полиэлектролит болып табылатын карбоксиметилцеллюлозаның және құрамында қос байланысы бар акрил қышқылының амидін полимерлеп түзілген өнімді ішінара гидролиздеу арқылы алынған, синтетикалық полиэлектролитке жататын полиакриламидтің, сонымен қатар, таза табиғи жоғары молекулалық қосылыстар қатарына кіретін функционал топтарының белсенді бөлігінің макротізбек бойында орналасуымен ерекшеленуші желатиннің әртүрлі концентрациясының қатысында бентонит гидродисперсиясының тұрақтылығына қалай әсер ететіндігі анықталды.Себебі бұл таңдалған полиэлектролиттердің функционал топтарының химиялық құрамы жағынан бірқатар ұқсастығы болғанымен, айтарлықтай ерекшеліктері бар. Оған осы полиэлектролиттердің макротізбегінің бойында карбоксо функционал тобының орналасуы ортақ болса, сонымен бірге кейбір айырмашылықтары да бар. Өйткені олардың айырмашылықтарына карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) құрамындағы оксо, гидроксо топтарының негізгі тізбекті құраушы циклде жайласуы болса, ал желатиннің құрамындағы белсенді азот элементі тізбекпен функционал топтың арасында макротізбекпен тікелей байланысқан. Ал синтетикалық полиэлектролит болып табылатын полиакриламидтің (ПАА) құрамындағы азот амид түрінде тізбекке жанама жайласқан. Функционал топтардың химиялық құрамының және тізбек бойында орналасу тәртібі бірде дисперсті фазаның майда бөлшектерімен әрекеттесуіне оң әсер етсе, кейбір жағдайда өзара байланыс түзу үдерісін қиындатады. Полиэлектролиттердің Дарбаза бентонитінің майда бөлшектерімен әрекеттесудегі ерекшеліктерін бентонит гидродисперсиясының тұнба көлемінің (V), фильтрлену жылдамдығының (U), оптикалық тығыздығының (Д) өзгеруін анықтау арқылы нақтыланды.

Өткізілген тәжірибе нәтижелері бентонит гидродисперсиясының тұнба көлемі қосылған полиэлектролиттердің және салыстыру үшін алынған алюминий сульфатының (АЩŚОąÐ концентрациясына қарап өзгеретінін көрсетті (сурет 1а).

Негізінен қосылған реагенттердің ерітіндідегі мөлшері өскен сайын бастапқыда ірілену және тұнбаға түсу үдерісі жедел жүргенімен ерітінді концентрациясы одан әрі асқанда тұнба көлемінің концентрацияға қарап өсуі біршама баяулайды. Тіпті белгілі бір концентрация аралығында өзгермей қалуы, бірте-бірте азаюы да байқалады. Бірақ бірдей концентрацияда немесе бірдей концентрациялар аралығында тұнба көлемінің сандық мәні қосылған полиэлектролиттердің түрлеріне және функционал топтарының табиғатына, сондай-ақ функционал топтарындағы белсенді бөліктерінің макромолекуладағы орналасуына қарап біршама ерекшеленеді. Ең жоғары тұнба көлемі зерттелген концентрациялар аралығында желатин полиэлектролитінің қатысында байқалады. Ең аз тұнба көлемі зерттелген концентрация аралығында алюминий сульфаты қосылғанда түзіледі.

Тұнба көлемінің қосылған реагенттердің мөлшеріне қарап мұндай заңдылықпен өзгеруінің себебі, жүйеде қосылған реагенттер оңтайлы мөлшерден кем болғанда бентонит гидродисперсиясының майда бөлшектерін ірілендіруге жеткіліксіз, сондықтан бұл аралықта дисперс фазаның майда бөлшектері бастапқы өлшемде немесе ішінара іріленген күйде болуы мүмкін. Сол себепті бұл аралықта тұнба көлемі бастапқы тұнба көлемінен айырмашылығы айтарлықтай емес, ал қосылған полиэлектролиттер оңтайлы мөлшерде болғанда дисперс фазаның майда бөлшектерінің толығымен іріленуіне жағдай туады. Қосылған реагент мөлшері одан әрі асқанда іріленген агрегаттардың көлемі тұрақты болады немесе бірте - бірте кемуі де орын алады. Өйткені бұл аралықта

іріленген агрегаттардың ішінара бірте-бірте майдалануымен бірқатарда тығыздалуға да бейімділігі асады. Бұл құбылыс іріленген агрегаттардың беттік бөлігі адсорбцияланған макромолекуладан құралған қабатпен толығымен жабылуынан, және агрегаттардың гидрофильденуі, сырғанауға бейімділігі күшеюі салдарынан туындайды. Қосылған реагенттердің түрлеріне қарап тұнба көлемінің зерттелген концентрация аралығында бір-бірінен ерекшеленуіне полиэлектролит функционал топтарының макромолекуладағы орналасуымен және макротізбектің табиғатымен байланысты конформациялық өзгеруге икемділігі белгілі дәрежеде әсер етеді [5]. Сонымен бірге тұнба көлемінің сандық мәндері арасындағы айырмашылықтар олардың бентонит дисперсиясының майда бөлшектерімен әрекеттесу механизмімен де байланысты.

Мұндай айырмашылықтарды бентонит гидродисперсиясының бірдей концентрациялы ерітіндісінің қатысында түзілген тұнба көлемінің уақыт бірлігіне қарап өзгеруін сараптағанда да көру қиын емес (сурет 1б). Негізінен реагенттер қатысында бентонит гидродисперсиясының майда бөлшектерінің іріленуімен тұнбаға түсу үдерісі бастапқыда жедел жүреді де, одан соң тұнба көлемінің тұнығу үдерісінің уақыт асуымен өзгеруі біршама баяулап, кейін толығымен бірқалыпта қалады. Оның себебі тұнығу уақыты асқан сайын іріленген агрегаттардың тұнбаға түсуі мен тығыздалу үдерісі арасындағы тепе-теңдіктің туындауына байланысты болады.

6

Бентонит гидродисперсиясының тұнба көлемінің полиэлектролиттердің қатысында өзгеруін тұнба көлемінің негізінде белгілі теңдеу [6] арқылы есептеліп табылған салыстырмалы тұнба көлемінің (∆V ) концентрацияға қарап өзгеруін сараптағанда ерекше айқын көрінеді (сурет 2 а,б). Бұл алынған тәжірибе нәтижелерінде ∆V желатин полиэлектролитінің қатысында барлық зерттелген концентрация аралығында жоғары болатынын көрсетсе, ең кіші ∆V алюминий сульфатының қатысында байқалды.

Оның себебі алюминий сульфатының қатысында салыстырмалы түрде алғанда іріленген бөлшектердің өлшемі полиэлектролиттердің қатысындағыға қарағанда айтарлықтай кіші. Сондықтан олардың тұнбаға түсу үдерісінде тығыздалуы оңай жүреді. Мұндай түрдегі заңдылықтар ∆У-нщ бірдей концентрациялы реагенттердің қатысында уақыт бірлігіне қарап өзгеруін сараптағанда да сақталады. Яғни, зерттелген уақыт аралығында ең жоғары ∆V желатин полиэлектролитінің қатысында байқалса, ең кіші тұнба көлемі алюминий сульфатының әсерінде түзіледі. Зерттелген полиэлектролиттердің қатысында түзілген салыстырмалы тұнба көлемінің концентрацияға байланысты және уақытқа қарап өзгеруін салыстырғанда ПАА пен КМЦ полиэлектролитінің әсерінде түзілген тұнба көлемінің сандық мәндері бір-біріне өте жақын болатынын көру қиын емес.

Бентонит гидродисперсиясының тұрақтылығына әсер етуіндегі айырмашылықтарды полиэлектролиттердің қатысында фильтрлену үдерісінің өзгеруін анықтағанда да көрінеді (сурет 3).

7

Фильтрлену үдерісінің қосылған ерітінді концентрациясына қарап өзгеруінде барлық реагенттер үшін біркелкі заңдылық сақталғанымен, бірдей концентрация аралығында фильтрлену жылдамдығының өзгеруінде айтарлықтай айырмашылықтар барлығын байқау қиын емес. Фильтрлену жылдамдығының айрықша кем болуы әсіресе қосылған реагенттің мөлшері артуымен КМЦ полиэлектролитінің қатысында айқын орын алады. Ал фильтрлену жылдамдығының баяулау үдерісі алюминий сульфатында айтарлықтай байқалмайды. Бентонит гидродисперсиясының фильтрлену жылдамдығының қосылған полиэлектролиттердің концентрациясы асқан сайын кеміп баруы, іріленген пішінсіз агрегаттардың беттік бөлігінің гидрофильдену қасиетінің және олардың тығыздалуға бейімділігінің күшеюі себепті сұйық фазаның бөлініп шығу үдерісінің қиындауынан келіп шығады.

Зерттелген полиэлектролиттердің әртүрлі концентрацияларының қатысындағы салыстырмалы фильтрлену жылдамдығы (Ùсзл) мен келтірілген фильтрлену жылдамдығының (∆U) өзгеруін сараптағанда ең баяу фильтрлену КМЦ полиэлектролитінің қатысында, соған сәйкес келтірілген ∆Ù-дьщ сандық мәні осы полиэлектролит қатысында ең жоғары болатынын көру қиын емес. Мұның себебі КМЦ-ның қатысында түзілген іріленген пішінсіз агрегаттардың беттік бөлігі салыстырмалы түрде алғанда жоғары гидрофильдік қасиетке ие болады. Ол КМЦ-ның бір буынында үш гидрофильді функционал топтың барлығымен байланысты. Ал желатин мен ПАА-ның бір буынының функционалды тобында бір ғана гидрофильді бөлігі бар. Соған байланысты іріленген бөлшектердің бетінде макромолекуланың орналасу тәртібі КМЦ полиэлектролитімен салыстырғанда біршама ерекшеленеді. Яғни, ПАА және желатин полиэлектролитінің қатысында түзілген іріленген бөлшектердің беті біраз КМЦ қатысындағыға қарағанда гидрофоб болуы мүмкін. Бұл өз кезегінде бентонит гидродисперсиясының фильтрлену қабілетінің біршама жоғары болуын келтіріп шығарады.

Осы байқалған заңдылықтар бентонит гидродисперсиясының бөлшектерінің өлшемдері әртүрлі болғанда да негізінен сақталатынын көру қиын емес. Өйткені дисперс фазаның майда бөлшектерінің әртүрлі болғандағы түзілген тұнба көлемдерінің сандық мәндері бір-бірінен айтарлықтай айырмашылыққа ие болмайды. Бірақ қосылған ПЭ-тің ерітінді концентрациясына тәуелді болатынын байқау қиын емес. Оны бірдей концентрациялы ерітіндінің қатысында түзілген тұнба көлемінің негізінде есептеліп табылған салыстырмалы тұнба көлемінің (∆V) ПЭ-дің бірдей концентрациялы ерітінділерінің қатысында 1 сағаттан кейінгі сандық мәндерін дисперс фазаның майда бөлшектерінің өлшеміне қарап өзгеруін анықтау нәтижелерінен көрінеді (сурет 4а,б). Негізінен бірдей концентрациялы ПЭ ерітінділерінің әсерінде тұнба көлемінің дисперс фаза майда бөлшектерінің өлшемдері үлкейген сайын біршама артып барады.Осы түзілген тұнба көлемдерінің майда бөлшектер өлшемдеріне қарап өзгеруін салыстырғанда жоғарырақ тұнба көлемі КМЦ полиэлектролитінің қатысында түзілсе, одан кемірек желатин қосылғанда болады, ал ең кем тұнба көлемі алюминий сульфатының қатысында түзіледі.Тұнба көлемі дисперс фаза майда бөлшектерінің өлшемдері үлкейгенде біршама артып барғанымен, осы тұнба көлемінің негізінде есептеліп табылған салыстырмалы тұнба көлемінің өзгеруін сараптағанда оның сандық мәнінің дисперс фаза бөлшектері өлшемі асуымен біршама азаятынын көрсетті.

Бұл заңдылық барлық зерттелген ПЭ-тер үшін біркелкі сақталады. Ал алюминий сульфатының қатысында түзілген салыстырмалы тұнба көлемінің сандық мәндері дисперс фаза майда бөлшектерінің өлшемдеріне қарап айтарлықтай өзгеріске ұшырамайды. Бентонит гидродисперсиясы

8

фракцияларының тұрақтылығына әсерін тек тұнба көлемінің өзгеруімен ғана емес, фильтрлену жылдамдығын анықтау арқылы да зерттелді (сурет 5а,б).

Оны Ùсал-ыньщ және ∆Ù-дьщ сандық мәндерінің дисперс фазаның майда бөлшектерінің өлшеміне қарап өзгеруінен көруге болады. Негізінен исал дисперс фазаның өлшемдері өскен сайын кеміп баратындықтан, ∆Ù-дыщ сандық мәндері көбейеді. Оған бірдей концентрациялы реагенттердің қатысында дисперс фазаның өлшемдеріне қарап өзгеретін исал және ∆U -дың сандық мәндерін сараптау арқылы көз жеткізілді.Бұл заңдылық қосылған реагенттердің барлық зерттелген ерітінді концентрациясы аралығында негізінен сақталып қалады.

Зерттелген ПЭ-тердің әртүрлі концентрациялы ерітінділерінің қатысында бентонит гидродисперсиясының оптикалық тығыздығының сандық мәндері де біраз айырмашылықтарға ие болады. Әсіресе КМЦ полиэлектролитінің жүйеге қосылған мөлшерінің өсуімен оптикалық тығыздығының біршама артып баруы айрықша байқалады. Бұл КМЦ полиэлектролитінің басқа зерттелген реагенттермен салыстырғанда бентонит гидродисперсиясының қатты фазасының беттік қасиетін айтарлықтай өзгерту қабілетінің барлығынан келіп шығады.

Сонымен, Дарбаза бентониті гидродисперсиясының және дисперс фазасының майда бөлшектерімен ерекшеленуші фракцияларының тұрақтылығын тұнба көлемі, фильтрлену жылдамдығы, оптикалық тығыздығы арқылы анықтағанда, бұл көрсетілген өндірістің, шаруашылықтың қажеттілігін қамтамасыз етудегі маңызды коллоидтық-химиялық қасиеттерінің өзгеруі қосылған жоғары молекулалық полиэлектролиттердің функционал тобының макромолекуладағы орналасу тәртібі менерітінділерінің концентрациясына, айтарлықтай тәуелді болатынын көрсетті.

 

ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ:

  1. Ахмедов К.С. и др. Водорастворимые полимеры и их взаимодействие с дисперсными системами. - Ташкент: ФАН, 1969. - 2, 76 с.
  2. Охрименко Г.И., Николаев А.Ф. Водорастворимые полимеры. - Л.: Химия, 1979. - С. 61.
  3. Жумагалиева Ш.Н., Бейсебеков М.К., и др. О бентонитах и их применении в медицине // ҚазМУ хабаршысы. Химия сериясы. - 2001. - № 3(23). - C. 41-51.
  4. Ахмедов К.С., Асанов А. и др. Устойчивость и структурообразование дисперсных систем. - Ташкент: ФАН, 1976. - 8, 10, 13 c.
  5. Asanov А., Aitekova A.R. Structure forming ability of polyelectrolytes, differing in the proportion and charge of functional groups // 8th International Scientific Conference «European Applied Sciences: modern approaches in scientific researches». Stuttgart, Germany, Jenuary 30, 2014. - P.148-152.
  6. Асанов А.А. Математические методы определения экономической, экологической эффективности высокомолекулярных соединении стуруктурообразователей почв // Материалы Республиканской научнопрактической конференции «Математическая наука и ее вклад в развитие прикладных научных исследований». - Тараз: - 2010. - 76 с.
Жыл: 2014
Қала: Алматы
Категория: Медицина