Получение и свойства волокнистых комплекситов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.06, кандидат химических наук Килюшик, Юлия Анатольевна

• Килюшик, Юлия Анатольевна
• кандидат химических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат химических наук Килюшик, Юлия Анатольевна

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР «Получение и свойства хемосорбдионных волокон»

1.1 Закономерности получения хемосорбционных волокон.

1.2 Свойства волокнистых хемосорбционных материалов.

2 МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Объекты исследования.

2.2 Методика проведения эксперимента.

2.3 Методы исследования.

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Закономерности синтеза аминогидроксилпроизводных привитых сополимеров поликапроамида и полиглицидилметакрилата.

3.2 Исследование сорбции ионов тяжелых металлов полученным волокнистым комплекситом.

3.2.1 Сорбция ионов меди.

3.2.2 Сорбция ионов кадмия.

3.2.3 Сорбция ионов никеля.

3.3 Исследование возможности получения фильтрующих 133 волокнистых материалов для обеззараживания воды.

3.4 Физико-механические свойства полученного волокнистого 138 комплексита.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Получение и свойства волокнистых комплекситов»

К числу важнейших проблем, успешное решение которых определяет возможность снижения антропогенного воздействия на окружающую среду, относится очистка сточных вод, в основе которой лежат, как правило, технологии сорбционных процессов. Это делает весьма важной задачу создания различных типов хемосорбционных материалов, в частности волокнистой формы.

Многочисленными исследованиями в области получения и изучения свойств сорбционно-активных волокон доказана эффективность, и универсальность метода модифицирования волокнистых материалов прививочной полимеризацией« с последующим введением функционально-активных групп для получения широкого ассортимента химических волокон экологического назначения, а возможность регенерации позволяет многократно использовать такие сорбенты при концентрировании ионов тяжелых металлов, что делает целесообразным их применение для этих целей.

Современное состояние экологической обстановки определяет интерес к сорбционно-активным материалам и актуальность исследований« в< этой области, направленных на расширение ассортимента хемосорбционных волокон, обеспечивающих создание высокоэффективных процессов! очистки водных сред от ионов тяжелых металлов.

Данная диссертационная работа выполнялась в соответствии, с основными направлениями научных исследований кафедры технологии химических волокон и наноматериалов Государственного образовательного учреждения, высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина» в,рамках тематического плана Рособразования (темы № 06-633-45 и 09-631-45).

Целью работы являлось, получение аминогидроксилсодержащего волокнистого комплексита и установление закономерностей, сорбции ионов тяжелых металлов;

Для достижения поставленной цели было необходимо: исследовать закономерности синтеза аминогидроксилпроизводных привитого сополимера поликапроамида и полиглицидилметакрилата по реакции полимераналогичных превращений; изучить их строение; установить условия получения волокнистого комплексита; и изучить основные закономерности процессов, сорбции ионов тяжелых металлов полученным волокнистым; комплекситом; Научная новизна работы. .

1 Впервые экспериментально на основании данных о локальной жесткости полимеров, определенной1 с помощью сканирующей зондовой микроскопии, и их деформационных свойствах, доказано? сохранение линейной формы, привитых цепей: аминопроизводного: сополимера поликапроамида и полиглицидилметакрилата при? использовании в реакции полимераналогичных превращений; моноэтаноламина и образование сетчатой структуры^ случае этилендиамина. Выявлено; влияние функциональности алифатических аминов на эффективную энергию активации и конверсию оксирановых групп, обусловленное изменением конформации и молекулярной динамики привитых цепей полиглицидилметакрилата в результате: структурных преобразований в.процессе синтеза его аминопроизводных.

Дано количественноеописание закономерностей процессов сорбциишонов

Си2+, Сё2+, №2+ аминогидроксилсодержащим волокнистым, комплекситом.

Определены основные кинетические (скорости сорбции,, время полусорбции, коэффициенты внутренней диффузии) и концентрационные степень сорбции: и извлечения, коэффициенты распределения) характеристики процессов, а также координационные свойства 6 комплексов, образующихся в фазе сорбента (константы устойчивости и термодинамические показатели комплексообразования).

Установлено, что процесс сорбции ионов тяжелых металлов данным комплекситом в основном лимитируется внутренней диффузией, а равновесные процессы сорбции ионов меди, никеля, кадмия с высокой достоверностью описываются уравнением Фрейндлиха, а в случае ионов меди и уравнением Ленгмюра.

Практическая значимость.

Найдены условия получения волокнистого комплексита с СОЕНс1 2,3- 2,5 ммоль/г с использованием в качестве прекурсора - модифицированного поликапроамидного волокна, содержащего привитой полиглицидилметакрилат, и ионогенного модификатора моноэтаноламина.

Показана возможность очистки водных сред от ионов меди и никеля до значёний ПДК в области низких концентраций (1-4 ммоль/л), что позволяет рекомендовать полученный комплексит для использования в системах доочистки сточных вод и экологического мониторинга.

Установлена высокая эффективность комплексита на основе аминогидроксилпроизводного ПКА-ПГМА, содержащего ионы серебра, при удалении из воды микробиологических примесей

1 Литературный обзор Получение и свойства хемосорбционных волокон

В настоящее время при решении экологических проблем, в частности очистки сточных вод и газовоздушных выбросов важную роль играет способ очистки сред, основанный на сорбционных технологиях. Наибольшее применение в этих процессах получили сорбционно-активные полимерные материалы в виде ионообменных смол и хемосорбционных волокош Следует отметить, что, несмотря на более низкие емкостные показатели волокнистых сорбентов, они имеют ряд преимуществ перед гранулированными ионообменными смолами::

- более высокие: кинетические показателишроцессов сорбции и десорбции, благодаря более развитой удельной поверхности;

- широкое варьирование аппаратурного оформления сорбционных процессов за: счет разнообразия форм волокнистого материала;,

- значительное ■ снижение сопротивления? дыханию в респираторах при использовании волокнистого фильтрующегоэлемента; - более: высокая механическая прочность и ^химическая стойкость волокон-ионитов^к средам» в,которых происходит поглощение ионов:

Кроме того, использование нетканого: полотна? из хемосорбционных волокон для: сорбции различных газов и паров: из газовоздушной1 среды требует меньших энергетических: затрат по сравнению с; использованием гранулированных сорбентов, поскольку коэффициенты, массообмена при: хемосорбции волокнистыми сорбентами примерно на два порядка больше.

Волокнистые сорбенты оказались эффективны и при- использовании их в качестве носителейжатализаторов вместо минеральных кислот итидроксидов металлов, поскольку вследствие меньшей- степени осмол ешш достигается более высокая степень чистоты целевых продуктов.

Заключение диссертации по теме «Технология и переработка полимеров и композитов», Килюшик, Юлия Анатольевна

выводы

1 Синтезированы аминогидроксилпроизводные привитых сополимеров поликапроамида и полиглицидилметакрилата по реакции* полимераналогичных превращений с использованием моноэтаноламина, которые охарактеризованы с помощью химико-аналитических методов, ИК-спектроскопии, атомно-силовой микроскопии, термогравиметрии и дифференциально-сканирующей калориметрии

2 Установлено, что реакция полимераналогичных превращений привитых сополимеров ПКА-ПГМАмоноэтаноламином характеризуется более низким значением эффективной энергии активации процесса, более высокой конверсией оксирановых групп и сохранением линейной структуры привитого полимера, против пространственно-сшитой при использовании диаминов.

3 Найдены условия, обеспечивающие получение хемосорбционного волокна нового композиционного состава, содержащего 2,3-2,5 ммоль/г сорбционно-активных. групп, способных к комплексообразованию с ионами тяжелых металлов.

4 С использованием ионометрии, спекторофотометрии и рентгенофлуоресцентной спектроскопии исследована сорбция ионов тяжелых металлов (Си2+, Сс12+ и №2+) полученным- комплекситом. Определены основные параметры процессов их сорбции.

5 Найдено, что полученные изотермы сорбции ионов меди волокнистым комплекситом хорошо линеаризуются в координатах уравнения* Ленгмюра и Фрейндлиха, а ионов никеля и кадмия только уравнением Фрейндлиха. Полученны аналитические уравнения; позволяющие прогнозировать сорбционную емкость комплексита по отношению к ионам меди в области концентраций от 1 до 10 ммоль/л.

6 Показана высокая активность ионов Си2+ и М2+ в процессах комплексообразования с лигандными группами данного комплексита, что что обеспечивает их извлечение до значений ПДК.

7 Установлен характер зависимости координационной емкости комплексита от рН среды.

8 Показана возможность введения ионов серебра в аминогидроксилпроизводное привитого сополимера ПКА-ПГМА, что позволило получить обеззараживающий фильтрующий материал.

9 Определены прочность (10 сН/текс), удлинение (24%) и коэффициент вариации (17,8 %) волокнистого комплексита, полученного путем химического модифицирования поликапроамидного волокна.

10 На примере сорбции ионов меди показано явное преимущество полученного волокнистого комплексита по сравнению с промышленным гранулированным анионитом марки ЭДЭ-10П (ГОСТ 20301 -74) как по скорости процесса сорбции, так и по емкостным показателям.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Килюшик, Юлия Анатольевна, 2010 год

1.В., Хемосорбционные волокна на основе привитых сополимеров: получение и свойства // Конспект лекций - М.: РИО МГТУ, 2003.- 28 с.

2. Pulat Mehlika, Isakosa Ceyhan. Chemikally induced graft copolymerization of vinil monomers onto cotton fabers// J. Appl. Polym. Sci. 2006. - №3.- P.-2343-2347.

3. Shalaby S.E., А1- Balakocy N.G., El-Oga S.M.Abo. Graft copolymerization of glycidylmethacrylate onto modified nylon 6 fibers// J. Appl. Polym. Sci. -2006.-№3.- P.-613-618.

4. Zahran M.K., Rehan M.F. Grafting of acrylic acid onto flax fibers using Mn (IV)- citric acid redox system// J. Appl. Polym. Sci. 2006. - №3.- P.- 30283036.

5. Дружинина T.B. Ускорение прививочной полимеризации виниловых мономеров в твердых полимерах в присутствии комплексных соединений меди // Журн.прикл.химии. -1988. Т.61. - №10. - С.2299-2302.

6. Лебедева И.А., Дружинина Т.В. Интенсифицированный метод синтеза привитых сополимеров полипропилена и азотсодержащих карбоцепных полимеров // Журн.прикл.химии. 1992. - Т.65. - №11. - С.2565-2569.

7. Лебедева И.А., Дружинина Т.В. Механизм инициирования прививочной полимеризации ионогенных азотсодержащих мономеров к облученному полипропиленовому волокну // Хим.волокна. 1992. - №4. - С.28-30.

8. Тройные окислительно-восстановительные системы как инициаторы реакции привитой полимеризации поликапроамида сдиметиламиноэтилметакрилатом / Кислюк М.С., Габриелян Г.А., Алексеева М.В., Гальбрайх ji.C. // Хим.волокна. 1983. - №3. - С. 16-17.

9. Смирнова Н.В., Габриелян Г.А. Прививочная полимеризация метакриловой кислоты к поликапроамиду с использованием окислительно-восстановительной системы, содержащей ионы Си2+ // Хим.волокна. — 1995.-№1.-С.17-21.

10. Заиков В.Г., Дружинина Т.В., Гальбрайх Л.С. Интенсификация-прививочной полимеризации в процессе модифицирования поликапроамидного волокна // Хим.волокна. 1992. - №3. - С.11-12.

11. Курлянкина В:И. Привитая полимеризация на целлюлозу и ее производные с использованием- окислительно-восстановительных систем: Дисс. доктора техн. наук. — Ленинград, 1981. — 530с.

12. Дружинина Т.В., Емельянова А.Н., Мосина Н.Ю. Закономерности радикальной прививочной полимеризации глицидилметакрилата к поливинилспиртовому волокну на границе раздела твердой и жидкой фаз // Хим: волокна. 1995. - №5. - С.51 - 55.

13. Долгоплоск Б.А., Тинякова Е.И. Окислительно-восстановительные системы как источники свободных радикалов М.: Наука, 1972.- 240с.

14. Кислюк М.С. Разработка методов интенсификации1 процесса синтеза привитых сополимеров поликапроамида иполидиметиламиноэтилметакрилата с использованием окислительно-восстановительных систем: Дисс. . канд. техн. наук. — М., 1985. 226 с.

15. Кудаба И.А., Чижюнайте Е.Ю., Левина Н.Ш. Синтез модифицированных сополимеров коллаген-полиметилметакрилат с применением обратимойо I

16. ОВС НгСЬ-аскорбиновая кислота-Бе // Химия и хим. технология. 1978. -Т.19. -№1. - С.67 - 72.

17. Дружинина Т.В. Особенности гетерофазной прививочной полимеризации на синтетических волокнах из. термопластичных полимеров // Хим.волокна. 1987. - №1. - С.7-9.

18. Биккуллова А.Р., Дружинина Т.В., Абронин И:А. Закономерности гетерофазной радикальной- прививочной-, полимеризации- метилмета-крилата к полимерным.волокнам // Хим.волокна 2005. - № 1. - С. 19 - 23:

19. Челышева Л.В., Дружинина Т.В., Гальбрайх Л.С. О роли диэтиламиноэтилметакрилата в реакции его прививочной полимеризации на поликапроамидное волокно // Высокомолек.соед. — 1988. — Т.ЗО. №9: — С.1837-1840.

20. Заиков В'.Г. Разработка метода получения поликапроамидных волокон, модифицированных прививкой; по непрерывной' схеме.- Дисс. . канд.хим.наук. -М.: МГТУ им. А.Н.Косыгина, 1990. 161с.

21. Мосина Н:Ю. Разработка метода получения хемосорбционных волокон на основе привитых сополимеров поликапроамида и полиглицидилметакрилата. Дисс. .канд.хим.наук. - М.: МГТУ им. А.Н.Косыгина, 1994.- 165с.

22. Исследование спектроскопическими методами структурыполикапроамидных волокон, содержащих привитой —И," N диметиламиноэтилметакрилат // Королик Е.В., Иванова Н.В., Р.Г.Жбанков,147

23. Тээяэр Р.Э., В.Г. Заиков, Т.В. Дружинина; Л.С.Гальбрайх // Высокомолек.соед. 1990. - Т.32(Б).- №4. - С.271-275.

24. Биккуллова А.Р., Дружинина Т.В., Абронин И.А. Квантово-химический расчет энергетических характеристик прививочной полимеризации метилметакрилата к волокнообразующим полимерам// Хим.волокна.-2006.-№3.-С.15-18

25. Базунова М.В., Колесов С.В., Корсаков A.B. Получение ионообменного волокна на основе отходов полипропилена, модифицированных привитой полиакриловой кислотой// Журн.прикл.химии. -2006. Т.79. - №5. - С.365-367.

26. Дружинина Т.В., Биккуллова А.Р. Особенности кинетики прививочной полимеризации, к поверхности ориентированного поликапроамида// Хим.волокна.-2006.-№5.-С.21-24.

27. Мосина Н.Ю., Дружинина Т.В., Гальбрайх Л.С. Особенности гетерофазной прививочной полимеризации глицидилметакрилата к поликапроамидному волокну// Хим.волокна.-1992.-№5.-С.14-17.

28. Брук М.А., Павлов С.А. Полимеризация на поверхности твердых тел.-М. :Химия, 1990.-184с.

29. Получение волокнистых анионитов на основе привитого сополимера поликапроамид-полиглицидилметакрилата и полиэтиленполиамина / Александрийский А.С., Цуканова Н.П., Дружинина Т.В., Гальбрайх Л.С. // Хим.волокна. -1991. №5. - С.34-35.

30. Дружинина Т.В., Кардаш К.В., Алдошина Е.М. Закономерности полимераналогичных превращений привитых сополимеров: поликапроамид-полиглицидилметакрилат при действии ароматических диаминов // Хим.волокна. 2002.- №5. - С.16-19.

31. Дружинина Т.В., Назарьина Л.А., Кардаш К.В1. Сорбционно-активные модифицированные химические волокна // Хим.волокна.- 2000. №6. — G.16-21.

32. Дружинина Т.В., Струганова М.А. Получение хемосорбционного поликапрамидного волокна с гидразидными группами // Хим.волокна. -2001. №1.-С.6-9'

33. Galbraikh L.S, Druzhinina T.Y., Kobrakov K.I. Graft copolymers as basis for fabrication of environmentally. friendly fîbrous chemosorbents // Textile Industiy Technology.- 2009.-№ 3 (C) 317.- C. 45-48

34. Кардаш К.В. Химические превращения привитых сополимеров поликапроамид-полиглицидилметакрилат при взаимодействии'с азот- и серосодержащими соединениями . Дисс. . канд.хим.наук. - М.: МГТУ им. А.Н.Косыгина, 2002. - 130с.

35. Новые хемосорбционные полиамидные волокна содержащие звенья ароматических и гетероциклических соединений / Дружинина Т.В., Жигалов И.Б., Струганова М.А., Ефремов Г.И., Кобраков К.И. // Хим.волокна. 2004. - №5. - С.34-36.149

36. Дружинина Т.В., Кондрашова Н.М., Швейхгеймер М.-Г.А.Синтез новых производных привитых сополимеров поликапроамида, содержащих фрагменты 2-(4-аминофенил) хинолин-4-карбоновой кислоты// Хим.волокна. -2004. №1. - С.8-11.

37. Дружинина Т.В., Творогова М.М., Мосина Н.Ю. Реакция взаимодействия а-оксидных групп привитых сополимеров поликапроамида и полиглицидилметакрилата с тиомочевиной // Хим. волокна. 1997. - № 5. -С. 13-16.

38. Епифанова Н.Ю. Получение и исследование свойств нового типа сорбционно-активного серосодержащего гидратцеллюлозного волокна: Дисс. . к.х.н. М., МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2000. - 113 с.

39. Струганова М.А., Дружинина Т.В. Влияние апротонных растворителей на? макромолекулярную реакцию гидразидирования привитого сополимера, поликапроамида и полиглицидилметакрилата // Хим.волокна. — 2001. №6. -С.6-9.

40. Гулина JI.B. Разработка методов получения волокон с анионообменными и комплексообразующими свойствами на основе привитых сополимеров поликапроамида и полиакрилонитрила: Дисс. . к.х.н. — М., МГТУ им. А.Н. Косыгина, 1992. 192 с.

41. Ефремов Г.И. Макрокинетика процессов переноса.- М.:МГТУ им. А.Н.Косыгина, 2001.-289 с.

42. Кардаш К.В., Дружинина Т.В., Ефремов Г.И. Математическое описаниекинетики макромолекулярной реакции взаимодействия оксирановых групп привитого сополимера поликапроамид-полиглицидилметакрилат с диаминами // Хим.волокна. 2002. - №4. - С.65-68.t