Полиэлектролиты – это природные и синтетические полимерные соединения с ионогенными функциональными группами в составе, которые способны диссоциировать на ионы в водных растворах.

Полиэлектролиты вызывают растущий практический интерес и являются представителями класса органических веществ, не находящихся в природе в чистом виде. Их можно только синтезировать с помощью методов полимеризации.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И ВИДЫ

При электролитическом распаде молекулы полиэлектролита образуется одна сложная заряженная молекула и большое число простых ионов. В зависимости от заряда основной макромолекулы полиэлектролиты бывают:

• катионные (положительный заряд макромолекулы) или полиоснования;
• анионные (отрицательный заряд макромолекулы) или поликислоты;
• полиамфолиты (молекула полимера содержит и положительные, и отрицательные заряды).

По назначению полиэлектролиты делятся на:

• коагулянты: дестабилизируют коллоидную смесь и способствуют образованию микрохлопьев из взвешенных частиц;
• флокулянты: способствуют образованию агрегатов из коллоидных частиц вокруг макромолекулы полимера.

Применение полиэлектролитов разнообразно и затрагивает практически все хозяйственные отрасли.

• Применяются в качестве коагулянтов и флокулянтов при очистке промышленных и бытовых стоков.
• Для стабилизации коллоидных суспензий, эмульсий и пен.
• В сельском хозяйстве используются для структурирования почв в борьбе с ветровой и водной эрозией.
• В целлюлозно-бумажной индустрии их применяют для улучшения свойств волокон и бумаги.
• Интенсифицируют процессы обезвреживания сточных вод нефтеперерабатывающей промышленности, применяются для стабилизации буровых жидкостей и повышения нефтеотдачи.
• В медицине с их помощью очищают растворы антибиотиков, создают на их основе вакцины.
• Стабилизируют коллоидные дисперсии в пищевой и парфюмерной промышленности.
• Являются средствами для снижения жесткости воды.
• Используются как добавки к ПАВ.
• Применяются в качестве коагулянтов для осаждения латекса при получении синтетического каучука.
• Сшитые полиэлектролиты служат ионообменными материалами.

ОПИСАНИЕ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Наиболее эффективны синтетические высокополимеризованные полиэлектролиты с большой молекулярной массой и линейным строением.

Типичные ионогенные группы: карбоксильная ─ COOН , фосфатная >PO₃H, сульфо-группа ─SO₃H. Эти группы входят в состав полиэлектролитов с кислотными свойствами. Наиболее распространенные полиоснования – полиамины: первичные ─NH2, вторичные ─NRH или третичные ─N(R)₂.

Для синтеза полиэлектролитов применяют все методы получения полимеров: полимеризацию, поликонденсацию, сополимеризацию.

Полиэлектролиты обладают важными свойствами неионогенных полимеров и низкомолекулярных электролитов. Они характеризуются высокой вязкостью, как все полимеры, и отличные проводники электрического тока, как электролиты.

Эффективность очистки и стабилизации коллоидных растворов синтетическими полиэлектролитами находится в зависимости от многих факторов:

• природы и количества добавляемого полимера: рекомендуемое количество составляет 0,4-2%;
• его молекулярной массы: частицы размером до 50 нм, флоккулируются с наибольшей скоростью и эффективностью;
• заряда полимера: для агрегации органических взвешенных веществ используют катионные реагенты, а для неорганических взвесей – анионные;
• условий добавления коагулянтов;
• концентрации коллоидных частиц и их физико-химических свойств;
• рН: полиэлектролиты имеют наибольшую эффективность в щелочной среде с промежуточным уровнем рН; в среде с уровнем pH ниже 4,5 их эффективность утрачивается;
• температуры: при низких значениях процесс агрегации ухудшается;
• электропроводности воды.

По сравнению с неорганическими полиэлектролиты характеризуются рядом преимуществ:

• обеспечивают стабилизацию растворов при значительно меньших количествах реагента;
• работают в большом диапазоне рН;
• увеличивают скорость разделения жидкой и твердой фаз;
• не меняют рН получаемого раствора;
• не минерализуют очищаемый раствор ионами металлов.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ И ХРАНЕНИЮ

Синтетические полиэлектролиты – устойчивые соединения. Способны сохранять свои полезные свойства в течение месяцев. Находясь в растворе при химическом и физическом воздействии, полимеры склонны к деструкции в результате реакции гидролиза, скорость протекания которого зависит от рН, химической природы и ионной формы полимерной молекулы.

При работе с синтетическими полиэлектролитами необходимо контролировать:

• качество вводимого реагента;
• физико-химические параметры очищаемого раствора;
• выбор необходимой дозировки полиэлектролита;
• соответствие технологического процесса требованиям, установленным в технических инструкциях;
• эффективность очистки;
• соблюдение мер по обеспечению безопасности труда работников.

Качество полиэлектролитов должно подтверждаться:

• протоколом анализа от изготовителя;
• паспортом безопасности синтетического полиэлектролита;
• санитарно-эпидемиологическим заключением, выданным в установленном порядке.

При контакте с полиэлектролитами все работники должны быть обеспечены специальной одеждой и средствами индивидуальной защиты в соответствии с ГОСТ 12.4.011.

Хранить полиэлектролиты необходимо в крытых складских помещениях, защищенных от воздействия влаги и попадания прямых солнечных лучей. Место хранения должно быть сухим и чистым с температурным режимом до +40 ºС. Полиэлектролиты хранят в закрытых емкостях с эмалевым или полимерным покрытием, в емкостях из нержавеющей стали.

МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ

Полиэлектролиты относятся к малотоксичным веществам. Это негорючие, взрывобезопасные соединения. Соблюдение особых мер предосторожности не требуют.

Синтетические полиэлектролиты обладают небольшой токсичностью и мало опасны при попадании внутрь организма. Следует знать, что:

• с увеличением молекулярной массы полимера уменьшается их токсичность;
• чем больше заряд, тем выше биологическая активность полиэлектролитов, при этом реагенты катионной природы оказывают более выраженное действие на организм, чем анионные;
• потенциальная опасность полиэлектролитов определяется содержанием в конечном продукте мономеров и примесей, которые могут отдаленно воздействовать на организм.

В случае попадания реагента на слизистые оболочки или при проглатывании необходимо обратиться к врачу. В случае контакта с глазами – обильно промыть водой, при попадании на кожу – водой с мылом.

Если произошла утечка коагулянта, его необходимо собрать для последующей утилизации и не допустить попадания в канализацию.

ВАРИАНТЫ УПАКОВКИ И ПОСТАВКИ

Синтетические органические полиэлектролиты выпускают в форме:

• сухого порошка,
• гранул,
• окатышей,
• водных растворов,
• водорастворимых гелей,
• масляной водной суспензии.

В зависимости от формы выпуска полиэлектролиты поставляют:

• гели – в пленочных, полиэтиленовых мешках, уложенных в набивные барабаны или деревянные бочки;
• гранулы и порошки упаковывают в бумажные мешки;
• эмульсии разливают в пластиковые емкости объемом от 50 до 220 л, контейнеры объемом 1м³с металлической обрешеткой, полимерные или металлические бочки, вагоны-цистерны.

Транспортировку полиэлектролитов осуществляют железнодорожным путем в цистернах или вагонах, автомобильным транспортом в крытых транспортных средствах в соответствии с правилами перевозки опасных грузов, действующими на этом виде транспорта.