خواص و کاربردهای پلی الکترولیت‌ها

خواص و کاربردهای پلی الکترولیت‌ها

خواص پلی الکترولیت‌ها

پلی الکترولیت ها دارای خواص مختلفی هستند که در ادامه برخی از آن ها توضیح داده شده است:

۱- تبدیل لخته های کوچک به صورت لخته‌های درشت و سنگین
این مواد دارای خواص پلیمر و الکترولیتی بوده ، که این خاصیت می‌تواند اندازه لخته را درشت‌تر نماید.

۲- افزایش سرعت عمل ته نشینی و کاهش حجم لجن تشکیل شده
بارهای موجود در ساختار این ترکیب ایجاد یک میدان قوی الکتروستاتیک میکند که اثر قابل توجهی بر روی ساختار مولکول میکند. یعنی به طور قابل توجهی شکل های ماکرومولکولی را تغییر می دهد.

۳- افزایش درجه تفکیک و کاهش مقدار مصرف ماده منعقد کننده با گسترش بهینه محدود PH
اندازه زنجیر ها افزایش می یابد. هنگامی که درجه تفکیک تغییر میکند خصوصیات فیزیکی و شیمیایی دچار تغییرات قابل توجهی میشود به عنوان مثال، ویسکوزیته محلول بسته به غلظت پلی الکترولیت در محلول ، درجه تفکیک آن و غلظت یون آزاد ( نمک ) ( یونهای با وزن کم مولکولی موجود در محلول ) می تواند با ضریب صد و بیشتر افزایش یابد.

کاربردهای پلی الکترولیت‌ها

پلی الکترولیت ها در صنایع مختلف کاربردهای گوناگونی داند که در ادامه بعضی از آن ها توضیح داده شده است:
۱- کمک منعقد کننده در فرآیند زلال سازی آب خام برای تولید آب آشامیدنی و صنعتی
بعنوان منعقد کننده درتولید آب آشامیدنی و صنعتی در فرایند زلال سازی آب خام در صنایع مختلف که فرایند کریستالیزاسیون دارند مانند تولید نمک ها کریستال خوراکی و صنعتی در فرایند تولید کاغذ و شیت های یونولیت

۲- منعقد سازی جامدات معلق و کلوئیدها در فرآیندهای شکر و تغلیظ مایعات
منعقد کننده ذرات جامد معلق و کلوییدها در تغلیظ مایعات

۳- جداسازی جامدات و ترکیبات آلی در آب برگشتی سیستم‌های تبرید و حرارتی
جهت جداسازی جامدات ، روغن و گریس و اکسیدهای نامحلول در تصفیه آب برگشتی از بخش نورد در صنعت فولاد برای حذف رنگ ، مواد جامد معلق و کلویید ها

۴- منعقدکننده در سیستم‌های تصفیه پساب‌های صنعتی و بهداشتی
در صنایع تولید محصولات پتروشیمی به عنوان منعقد کننده در سیستم های تصفیه پساب های صنعتی و بهداشتی جهت جداسازی هم زمان ذرات سبک چربی و روغن و جداسازی ذرات سنگین در صنایع پالایشگاهی و پتروشیمی (تکنولوژی DAF) از آنجا که این ترکیب و کمک منعقد کننده ها ، مواد جاذب رطوبت شدید هستند ، از برخی گونه در بخش کشاورزی برای جذب آب و بالا بردن ضریب جذب آب خاک استفاده می شود.
در نهایت استفاده از این ترکیب سبب کاهش قابل توجه مصرف مواد منعقد کننده مانند پلی آلومینیوم کلراید شده و لذا از لحاظ اقتصادی نقش مهمی در کاهش هزینه مواد مصرفی تصفیه خانه دارد.

انواع پلی‌الکترولیت‌ها

انواع پلی‌الکترولیت‌ها

پلی الکترولیت ها در واقع پلیمرهایی هستند که توسط مکانیسم تولید یون به مولکول پلیمری در سراسر زنجیره تبدیل می شوند و در واقع پلی الکترولیت ها ، الکترولیت هایی هستند که هم خاصیت پلیمری دارند هم خاصیت الکترولیت.

منعقدکننده ها و کمک منعقد کننده به به انواع مختلف طبیعی و مصنوعی و یونی تقسیم می شوند که در ادامه به صورت کامل توضیح داده شده است.

۱– پلی الکترولیت های طبیعی

 متداول ترین این مواد عبارتند از: پکتین (اسید پلی گالاکترونیک)، آلژینات (اسیدآلژنیک)،کربوکسی متیل سلولز و پلی پپتیدها.

۲– پلی الکترولیت های مصنوعی

متداول ترین این مواد عبارتند از : پلی اکریلیک اسید ، پلی استایرن سولفانات ، پلی الیل امین ، کربوکسی متیل سلولز و نمک های این ها. توجه داشته باشید که هر دو پلی اتیلن طبیعی و مصنوعی در مقیاس بزرگ تولید می شوند . بعضی از این پلی الکترولیت ها در زیر نشان داده شده است.

۳– پلی یون ها

برخی دیگر از این ترکیبات شامل گروه های باردار در زنجیره اصلی هستند.این دسته از مواد بعنوان پلی یون ها شناخته میشوند. رایج ترین گروه باردار در زنجیره اصلی آمونیوم نوع ۴ است. این پلی آمین های یونی به طور معمول از طریق یک واکنش منشوتکین از آمین های طبقه ای و دی آلیدهای آلکیل تولید می شوند.

سنتز پلی یون ها:

تعداد زیادی دی هالید و آمین های وابسته به صورت تجاری در دسترس هستند که باعث سنتز تعداد زیادی از پلی یونی ها  شده است و از مواد اولیه نسبتاً ارزان و یک مسیر سنتز نسبی ساده می شود. هر دو فاصله یونی روی زنجیره اصلی پلیمر ، یعنی چگالی بار و وزن مولکولی به راحتی قابل تنظیم است. علاوه بر این ، بسیاری از گروه های عملکردی دیگر را می توان به راحتی درج کرد ، که امکان اتصال متقابل خصوصیات فیزیکی و مکانیکی را فراهم می آورد.

 

گروه های پلی الکترولیت ها

پلی الکترولیت ها بعنوان منعقد کننده و کمک منعقدکننده در تصفیه آب و فاضلاب شناخته میشوند، این مواد پلیمری توسط پل زنی شیمیایی میتوانند مواد معلق در آب را جدا نمایند و به منعقد کننده ها کمک میکنند. کاتیون یا آنیون متصل به پیکره شیمیایی پلی آکریل آمید تعیین کننده نوع بار فعال پلیمر می‌باشد که این مواد براساس اینکه نوع یونیزه شده ی آن ها در آب چه نوع باری را حمل میکند به انواع گوناگونی تقسیم میشوند.
بارهای مثبت(cationic) منفی(anionic) و بدون بار(non-ionic) تقسیم می‌شوند:

۱- پلی الکترولیت آنیونی (Anionic Polyelectrolytes)
سه گروه متداول پلی الکترولیت آنیونی عبارتند از کربوکسیلات (-COO-) ، فسفنات ها (-PO3H-,PO32-) ، و سولفانات ها (-SO3-)
کوپلیمرهای آکریل آمید با خواص ارتقاء یافته باری توسط گروه‌های سدیم آکریلات هستند، بار منفی داشته و پس از انحلال در آب، محلول با خواص بار منفی ایجاد می‌کنند.

۲- پلی الکترولیت کاتیونی (Cationic Polyelectrolyte)
آمونیوم نوع اول ، دوم و ۴م (-NH3+,=NH2+,&=-N+ )
کوپلیمرهای آکریل آمید به همراه مونومرهای کاتیونی بوده که باعث ارتقاء بار مثبت در این دسته از پلیمرها می‌شوند و پس از انحلال در آب، محلول با خاصیت باری مثبت ایجاد می‌کنند. نوع گروه یونی و مونومر های سازنده و واحد تکرارشونده  پلی الکترولیت ، خواصی چون حلالیت در آب و دیگر مایعات  پیوند قطبی و  پیوند  هیدروژن (الکل‌ها و غیره)، هدایت الکتریکی و ویسکوزیته محلول را تعیین می‌کند.

۳- پلی الکرتولیت خنثی/بدون بار (Non-Ionic Polyelectrolytes)
این گروه بر پایه پلی آکریل آمیدخالص می‌باشند و پس از حل شدن در آب از خود خاصیت بدون بار نشان می‌دهند.خواص پلیمرهای خنثی به شدت PH و مقدار نمک بستگی دارد.با وارد کردن مقدار کمی از یک ماده اتصال مناسب ، می توان پلی الکترولیت ها را به صورت شیمیایی متصل کرد. این مواد میتوانند با پیوند عرضی شیمیایی(کراس لینک) بوسیله مقدار کمی از عامل های متصل کننده محلول ترکیب شوند.
این ترکیبات دارای ساختار ۳بعدی هستند که بجای انحلال در آب ، متورم میشوند.آنها می توانند مقادیر زیادی مایع نسبت به جرم خود از طریق پیوند هیدروژن با مولکول های آب حفظ کنند  که به آن ها هیدروژل یا پلیمرهای سوپر جاذب(SAP) میگویند. توانایی آن ها برای جذب آب عاملی برای غلظت یونی محلول های آبی است.در آب دیونیزه شده و مقطر SAP  ها ( سوپر جاذب ها) آب را تا ۵۰۰ برابر وزن خود و از ۳۰تا۶۰ برابر حجم خود جذب کنند یعنی یک هیدروژل میتواند بیش از ۹۹% مایع تشکیل دهد.قدرت جذب و تورم کل SAP با توجه به نوع و میزان خط مقطع موجود در ساختار کنترل میشود.