La poliacrilamida
es un coagulante comúnmente utilizado en el tratamiento de aguas residuales.
Permítanme hablar primero sobre el mecanismo de coagulación:
1. Compresión de la doble capa eléctrica: La estructura de la doble capa eléctrica micelar determina que la concentración de contraiones sea la mayor. en la superficie de la micela, y la concentración de los contraiones es mayor en la superficie de la micela. Cuanto mayor es la distancia hacia afuera de la superficie, menor es la concentración de contraiones, que finalmente iguala la concentración de iones en la solución. Cuando se agrega un electrolito a la solución para aumentar la concentración de iones en la solución, el espesor de la capa de difusión disminuye.
Cuando dos partículas coloidales se acercan entre sí, debido a la reducción del espesor de la capa de difusión, el potencial zeta disminuye, por lo que disminuye su repulsión mutua, es decir, la repulsión entre partículas coloidales con un alto contenido de iones. concentración en la solución La fuerza es menor que la fuerza de repulsión entre partículas coloidales con baja concentración de iones. La atracción entre partículas coloidales no se ve afectada por la composición de la fase acuosa, pero debido a que la capa de difusión es más delgada, la distancia entre ellas se reduce, por lo que la atracción entre ellas es mayor. Se puede ver que la fuerza combinada de repulsión y atracción cambia de repulsión a atracción (la energía potencial de repulsión desaparece) y las partículas coloidales pueden condensarse rápidamente.
Este mecanismo puede explicar mejor el fenómeno de sedimentación en el puerto. Cuando el agua dulce ingresa al agua de mar, el contenido de sal y la concentración de iones aumentan y la estabilidad de las partículas coloidales transportadas por el agua dulce disminuye. Por lo tanto, la arcilla y otras partículas coloidales se depositan fácilmente en el puerto.
Según este mecanismo, cuando el electrolito agregado a la solución es mucho mayor que la concentración crítica de coagulación, no habrá exceso de contraiones que ingresen a la capa de difusión y es imposible que las partículas coloidales cambiar sus signos y forma nuevamente. Este mecanismo explica la influencia de los electrolitos en la desestabilización de partículas coloidales con fenómenos electrostáticos puros, pero no considera la influencia de otras propiedades (como la adsorción) en el proceso de desestabilización, por lo que no puede explicar algunos otros fenómenos de desestabilización complejos, como los trivalentes. sales de aluminio y hierro. Si la cantidad de sal utilizada como coagulante es demasiado grande, el efecto de coagulación se reducirá o incluso se reestabilizará. Por otro ejemplo, los polímeros o la materia orgánica macromolecular con el mismo número de carga que las partículas coloidales pueden tener buenos resultados; efectos de coagulación: el estado del punto isoeléctrico debería tener el mejor buen efecto de coagulación, pero en la práctica de producción, el potencial ζ suele ser mayor que cero, pero el efecto de coagulación es el mejor.
De hecho, el fenómeno de añadir coagulante a la solución acuosa para desestabilizar las partículas coloidales implica la interacción entre las partículas coloidales y el coagulante, las partículas coloidales y la solución acuosa, y el coagulante y la solución acuosa. Es un fenómeno integral.
2. Neutralización de la adsorción:
La neutralización de la adsorción se refiere al efecto de fuerte adsorción de diferentes iones, diferentes partículas coloidales o partes de ionómeros de cadena con carga diferente en la superficie de la partícula. Debido a que esta adsorción neutraliza parte de su carga y reduce la repulsión electrostática, es fácil acercarse a otras partículas y adsorberse entre sí. En este momento, la atracción electrostática suele ser el aspecto dominante de estos efectos, pero en muchos casos otros efectos superan la atracción electrostática. Por ejemplo, cuando se utilizaron iones Na+ y dodecil amonio (C12H25NH3+) para eliminar la turbidez causada por la solución de yoduro de plata cargada negativamente, se encontró que la capacidad desestabilizadora de los iones de amina orgánica del mismo valor era mucho mayor que la del Na+. y la adición excesiva de Na+ no provocaría el colapso de las partículas coloidales, mientras que los iones de aminas orgánicas no lo hacen. Más allá de cierta dosis, las partículas coloidales se volverán inestables, lo que indica que han absorbido demasiado efecto antiestabilizador. Cuando la dosis de sal de aluminio y sal de hierro es alta, también se produce un fenómeno de reestabilización y la carga cambia de signo. Es apropiado utilizar el mecanismo de neutralización de la adsorción para explicar el fenómeno anterior.
3. Efecto de adsorción y puente:
El mecanismo de adsorción y puente se refiere principalmente a la adsorción y puente entre polímeros y partículas coloidales. También se puede entender como dos grandes partículas coloidales con el mismo número conectadas entre sí por una partícula coloidal con un número diferente. Los floculantes poliméricos tienen una estructura lineal y tienen grupos químicos que pueden actuar sobre determinadas partes de la superficie de las partículas coloidales. Cuando un polímero entra en contacto con partículas coloidales, los grupos pueden reaccionar con la superficie de las partículas coloidales y adsorberse entre sí, mientras que las moléculas de polímero restantes se estiran en la solución y pueden adsorberse a otra partícula coloidal con vacantes en la superficie, haciendo que la El polímero juega un papel. Si hay pocas partículas coloidales, la parte extendida del polímero no puede unirse a la segunda partícula coloidal, tarde o temprano, la partícula coloidal original absorberá la parte extendida a otras partes. El polímero no puede desempeñar un papel de puente y el coloidal. las partículas se encuentran en un estado estable. Cuando la cantidad de floculante polimérico es demasiado grande, la superficie de las partículas coloidales estará saturada y será inestable. Si las partículas coloidales que han sido puenteadas y floculadas se agitan vigorosamente durante mucho tiempo, el polímero puenteado puede desprenderse de la superficie de otra partícula coloidal y rodar hacia la superficie de la partícula coloidal original, dando como resultado un estado reestabilizado.
La adsorción de polímeros sobre la superficie de partículas coloidales proviene de diversos efectos físicos y químicos, como la atracción de van der Waals, la atracción electrostática, los enlaces de hidrógeno, los enlaces de coordinación, etc.
, que depende de las características estructurales químicas del polímero y las partículas coloidales. Este mecanismo puede explicar el fenómeno de que los floculantes de polímeros iónicos o no iónicos con la misma señal eléctrica pueden lograr buenos efectos de floculación.
4. Mecanismo de captura de red de sedimentos.
Cuando se utilizan sales metálicas (como sulfato de aluminio o cloruro férrico) u óxidos e hidróxidos metálicos (como la cal) como coagulantes, cuando la cantidad utilizada es lo suficientemente grande como para precipitar rápidamente el hidróxido metálico (como Al (OH)3, Fe(OH)3, Mg(OH)2 o carbonatos metálicos (como CaCO3), estos precipitados pueden capturar partículas coloidales en el agua cuando se forman cuando los precipitados están cargados positivamente (Al. (OH)3 y Fe(OH)3 están en el rango de pH neutro y ácido), la presencia de aniones en la solución puede acelerar la precipitación, como los iones de sulfato de plata. Además, las partículas coloidales en el agua pueden actuar como. estos óxidos metálicos son el núcleo de la precipitación, por lo que la dosis óptima de coagulante es inversamente proporcional a la concentración del material a eliminar, es decir, cuantas más partículas coloidales, menor será la dosis de coagulante metálico. >Como se indicó anteriormente, los cuatro mecanismos de coagulación a menudo no son fenómenos aislados en el tratamiento del agua, sino que a menudo pueden coexistir. Solo en algunos casos pueden usarse para explicar el fenómeno de la coagulación del agua. Necesita más experimentos para obtener una explicación más completa
Hablemos del proceso de hidrólisis de las siguientes sales de aluminio:
Todos los cationes metálicos se convierten en aluminio trivalente [Al(ⅲ) en agua. )] y el hierro férrico [Fe(ⅲ)] existen en varias formas compuestas, sin importar qué forma de fármaco se agregue como ejemplo, incluso si Al(ⅲ) existe en estado iónico puro en agua. solución, no es Al3+. Existe en forma de Al(H2O)63+ e iones complejos de aluminio hidratados.
Cuando el valor del pH es
La reacción real es mucho mayor. Más complicada que la reacción anterior, cuando el pH >: 4, los iones hidroxilo aumentan y los grupos hidroxilo de cada ion pueden unirse (puentes de hidroxilo) para producir un complejo de hidroxilo multinuclear, que es el producto de condensación del polímero [Al2(OH). 2(H2O)5]4+ se puede unir adicionalmente a través de grupos hidroxilo para formar [Al3(OH)4(H2O)10]5+. Al mismo tiempo, el polímero polinuclear resultante continuará hidrolizándose. La policondensación se lleva a cabo alternativamente. , obteniéndose finalmente hidróxido de aluminio neutro con un alto grado de polimerización. Cuando el número de radicales libres supera su solubilidad, el hidróxido de aluminio precipita, de acuerdo con lo anterior, en toda la reacción, los componentes simples. Al3+, Al(OH)2+, Al(OH)3, Al(OH)4- y varios iones poliméricos como [(Al(OH)14]4+, [A17 (OH) 65. Aparecerán en el Al mismo tiempo, inevitablemente desempeñarán un papel en el proceso de coagulación. Los cationes poliméricos de alta valencia en * * * tienen una gran capacidad para neutralizar la carga negativa de las partículas coloidales de arcilla y comprimir su doble capa eléctrica, promoviendo la coagulación. >
Cuando el polímero inorgánico generado transporta iones negativos, es imposible desestabilizar las partículas coloidales de arcilla mediante la neutralización de carga, pero principalmente mediante adsorción y formación de puentes.
Este es el mecanismo de purificación del agua del PAC.
PAM es un coagulante polimérico, su mecanismo de acción:
(1) Debido a su grupo gen-amida polar, se adsorbe fácilmente en la superficie de las partículas de sedimento a través de sus enlaces de hidrógeno. (2) Debido a que tiene una cadena molecular larga, una cadena larga de gran orden de magnitud tiene una gran superficie de adsorción en agua, por lo que el efecto de floculación es bueno. La cadena larga puede actuar como un puente entre partículas para formar grandes flóculos de partículas. acelerar el asentamiento. (3) Con la ayuda de la floculación de la poliacrilamida, puede ocurrir una compresión de doble ionización durante el proceso de coagulación del lodo en el tratamiento de purificación de agua, lo que reduce la estabilidad de la agregación de partículas. Las partículas se combinan bajo la acción de la gravedad molecular y la fase dispersa es simple. los aniones pueden ser reemplazados por grupos aniónicos del polímero (4) Existe una interacción química entre las sustancias del polímero y el agua natural, los sólidos suspendidos en el agua o los iones coagulantes hidrolizados previamente agregados, que pueden ser una reacción compleja (5) porque es molecular; Las cadenas se fijan en las superficies de diferentes partículas, se forman puentes de polimerización entre partículas sólidas. La poliacrilamida es un compuesto polimérico químicamente activo. Debido a la reactividad de los grupos amida en las cadenas laterales de las moléculas, los polímeros adquieren muchas propiedades valiosas.
En comparación con los floculantes aniónicos de PAM, los floculantes de PAM no iónicos tienen las siguientes características porque no tienen grupos funcionales iónicos: (1) El rendimiento de la floculación se ve menos afectado por las fluctuaciones en el pH del agua y las sales en condiciones moderadas o alcalinas. Su efecto de floculación ( velocidad de sedimentación) no es tan bueno como el floculante aniónico, pero es peor que el floculante aniónico en condiciones ácidas, y su fuerza de floculación es más fuerte que la del floculante de polímero aniónico. El peso molecular de los floculantes aniónicos PAM suele ser menor que el de los polímeros aniónicos o no iónicos, y su rendimiento de clarificación se obtiene principalmente mediante la neutralización de carga. La función principal de este tipo de floculante es flocular coloides cargados negativamente, con las funciones de eliminar turbidez y decolorar, y es adecuado para el tratamiento de aguas con alto contenido de coloides orgánicos.