پلی آکریل آمید

پلی آکریل آمید (پلی الکترولیت)

پلی الکترولیت (Polyelectrolyte) یکی از بهترین و پرکاربردترین فلوکولانت ها، می باشد که با نام های دیگری نظیر پلی آکریل آمید PAM می باشد که در سه دسته آنیونیک، کاتیونیک و نانیونیک به بازارعرضه می گردد.
این ترکیب دارای خاصیت پلیمری و الکترولیتی هستند. به منظور حذف و از بین بردن کلوئیدها و ناخالصی های معلق در آب و فاضلاب و پساب از روش انعقاد و لخته‌سازی، استفاده می کنند. برای تکمیل روند انعقاد و ايجاد فلاک‌های بزرگتر و سنگین تر از مواد ديگری به نام کمک منعقد کننده استفاده می شود .

پلی الکترولیت ، پلی آکریل آمید یا(PAM)، یک کمک منعقد کننده است که فلاک های حاصل از فرآیند انعقاد را به لخته های درشت تری تبدیل می کند تا ته‌‌نشينی بهتر صورت بپذیرد. این ترکیب پلیمری، محلول در آب است و از مولکول های آکریل آمید به وجود آمده. این ماده زیست تخریب پذیر نمی باشد و پس از گذر چند هفته، به ترکیبات آلی تجزیه می شود. شکل ظاهری آن بلوری جامد، سفید رنگ و بی بو است که توانایی حل شدن در آب، اتانول، اتر و کلروفرم را دارد. سرعت ته نشین سازی پلی الکترولیت ها  حدود دو برابر سرعت ته نشین سازی سایر کمک منعقد کننده ها و منعقد کننده ها می باشد.

           انواع پلی الکترولیت

1. فلوکولانت یا پلی الکترولیت آنیونی (بار منفی)
2. فلوکولانت یا پلی الکترولیت کاتیونی (بار مثبت)
3. فلوکولانت یا پلی الکترولیت نانیونیک (بدون بار یعنی خنثی)

پلی الکترولیت ها در گرید صنعتی وجود دارند و این محصول گرید خوراکی ندارد، در صورتی که این محصول برای مثال در تصفیه آب استفاده شده و آن را نمی توان به صورت مستقیم خورد.

پلی الکترولیت آنیونی

به هوموپلیمرها و کوپلیمرهای نمک آکرلیک اسید با آکریل آمید که دارای بار الکتریکی منفی می باشند، پلی آکریل آمید آنیونی یا پلی الکترولیت آنیونی گفته می شود. این پلیمر خطی کاملا محلول در آب است و تحت پلیمریزاسیون دما بالا، سنتز می شود. در حلال های آلیفاتیک، استون، بنزن، اتر و سایر حلال های ارگانیک تقریبا نامحلول می باشد، اما خواص ارزشمندی دارد. این می تواند عمل لخته سازی، ضخیم شدن، خاصیت برشی، پراکندگی را به راحتی انجام دهد، بنابراین در بازیافت روغن، کارخانجات سنگبری، فرآوری مواد معدنی، شستشوی زغال سنگ، متالورژی، انعقاد مواد شیمیایی، کاغذسازی، صنعت نساجی، تولید شکر، داروسازی، حفاظت از محیط زیست، بتن و مصالح ساختمانی، کشاورزی و صنایع دیگر استفاده شود.

پلی الکترولیت کاتیونی

به نانوذرات کاتیونی، هوموپلیمرها یا کوپلیمرهایی با آکریل آمید دارای بار مثبت هستند، پلی الکترولیت کاتیونی گفته

می شود. این سه مونومر، کاتیونی هستند و مونومر کاتیونی، چگالی، بار و وزن مولکولی آن ها به هم وابسته است. این پلی آمین ها از اپی کلرو هیدرین و آمین های ثانویه همانند دی متیل آمین ساخته می شوند.

پلی الکترولیت نانیونیک

به هوموپلیمرهای آکریل آمید که بدون با یا عملا خنثی هستند، پلی الکترولیت غیریونی یا نانیونیک گفته می شوند.

تولید پلی الکترولیت

پلیمریزاسیون فاز مایع آکریل آمید یا همان آکریلیک اسید برای تشکیل پلی الکترولیت های مورد استفاده قرار می گیرد. پلیمریزاسیون در محلول های آبی در دمای تقریبا 60 درجه سانتیگراد انجام شده. غلظت مونومرها در 40٪ (شامل 36٪ آکریل آمید و 4٪ اسید اکریلیک) تنظیم شده است. این کار فقط با استفاده از ویژگی های القایی تابش و گرم شدن مایکروویو منجر به تشکیل زنجیره های پلیمری خطی با حلالیت خوبی در آب می گردد. غلظت مونومر باقیمانده پایین آمده و باعث افزایش ظرفیت لخته سازی پلیمرهای به دست آمده، شده است. آکریل آمید، که به راحتی قابل تولید است، دارای ویژگی های شیمیایی منحصر به فردی است که باعث می شود سنتز پلیمرهای با وزن مولکولی بالا، به راحتی امکانپذیر باشد.

انتخاب گرید مناسب پلی الکترولیت

انتخاب صحیح نوع فلوکولانت وابسته به بار الکتریکی کلوئیدهای معلق در محلول می باشد. اگر کلوئیدها بدون بار باشند، نانیونیک و اگر بار الکتریکی کلوئیدها منفی باشد، باید از کاتیونی استفاده شود و همچنین اگر بار الکتریکی کلوئیدها مثبت باشد، باید از آنیونی استفاده شود. نیروی جاذبه الکتروستاتیک برای ایجاد فلاک یا لخته بین ذرات معلق کلوئیدها و فلوکولانت ها بسیار حائز اهیمت است زیرا، این نیرو با استفاده از نیروی جاذبه بین بارهای ناهمنام کلوئیدها و فلوکولانت ها به وجود

می آید.

کاربرد های پلی آکریل آمید

پلی الکترولیت در صنایع مختلفی کاربرد دارد :

• تصفیه آب و فاضلاب
• تصفیه پساب صنعتی
• کاغذسازی (تهیه خمیر کاغذ و پساب کارخانه)
• کارخانه های صنایع غذایی
• نفت و گاز و پتروشیمی
• حفاری
• رنگرزی
• چرم سازی
• تولید سموم کشاورزی.

پلی الکترولیت دارای خواص فراوانی می باشد که عمدتا در اصلاح جریانات و یا بهبود پایداری کلوئید های آبی، ژل ها و یا لخته سازی مورد استفاده قرار می گیرد. برای مثال این مواد برای بی ثبات کردن و ناپایداری سوسپانسیون های کلوئیدی و در نهایت لخته سازی و رسوب دهی آن ها مورد استفاده قرار می گیرد. آن ها همچنین می توانند برای انتقال شار سطح به ذرات خنثی  برای دیسپرس کردن آن ها( پراکنده کردن) در یک محلول آبی مورد استفاده قرار بگیرند.

بنابراین این مواد عمدتا به عنوان عامل دیسپرس کننده (پراکنده کننده)، ضخیم کننده، امولسیفایر، مبدل های یونی شناخته می شوند.

تصفیه آب و پساب

هدف از تصفیه ی آب حذف ذرات آلوده کننده و یا کاهش غلظت آن ها در آب برای بهبود خواص و سلامتی آن می باشد. آب آشامیدنی سالم می تواند حاوی مواد آلی و معدنی ای باشد که بدن قادر به تحمل آن ها می باشد این مواد دارای دوز مشخصی می باشند. در نتیجه همواره باید مقادیر این مواد آلوده کننده اندازه گیری شود تا در صورت تجاوز از مقادیر مجاز غلظت آن ها در طی فرایند های تصفیه سازی کاهش یابد.

آلاینده هایی که می توانند موجب آلوده نمودن آب شوند عبارتند از گل و لای، رسوبات و پاتوژن ها (باکتری ها ، ویروس ها ، تک یاخته ها ، ارگانیسم های بزرگتر (کرم ها) یا نمک ها و سموم کودها ، فلزات سنگین) که معمولاً توسط فاضلاب های انسانی یا حیوانی به وجود می آیند. همچنین گاهی اوقات لاشه حیوان مرده نیز می تواند منجر به این آلودگی ها شود. آلودگی می تواند از صنایع ساخت بشر نظیر معدن و یا کشاورزی نیز رخ دهد.

عفونت های انگلی بیماری زا در انسان شامل Giardia ، Cryptosporidium (تک یاخته ها) و E. coli (یک باکتری رایج) است که همه آنها از طریق آب آلوده و بهداشت ضعیف منتقل می شوند. علائم آلودگی به این عفونت ها از گرفتگی معده و خستگی تا نفخ و اسهال متفاوت است .

پلی الکترولیت ابزاری برای تصفیه آب

همانطور که گفته شد هدف از تصفیه آب حذف ذرات معلق از منابع طبیعی آب مانند آب های رودخانه یا دریاچه ها یا پساب ها می باشد. از آنجا که ذرات بزرگتر مانند ماسه به راحتی ته نشین می شوند و حذف می گردند ، مشکل اصلی تصفیه ی آب حذف ذرات کلوئیدی می باشد که به طور طبیعی و در طی فرایند های تصفیه سازی معمول حذف نمی شوند.

ذرات کلوئیدی ممکن است از خاک رس و گل و لای ، اجسام رنگی ، رسوبات آهن یا اکسید منگنز و حتی باکتری ها و جلبک ها تشکیل شود. فرایند های تصفیه ابی که اغلب مورد استفاده قرار می گیرد ، به عنوان مثال فرایند نرم نمودن آب های سخت با کمک آهک می تواند ذرات کلوئیدی ای مانند کلسیم کربنات و یا سایر ذرات معلق را به وجود آورد. در نتیجه این آب ها نیز به مرحله ی دیگری برای تصفیه ی آب نیاز دارند تا بتوان این ذرات کلوئیدی را از آن ها جداسازی نمود.

اکثر ذرات کلوئیدی در آب دارای بار الکتریکی منفی می باشند. در نتیجه از آنجا که همه ذرات دارای یک بار مشابه هستند ، یکدیگر را دفع می کنند و  ذرات به اندازه کافی بزرگ نمی شوند و نمی توانند موجب ایجاد رسوب شوند. بنابراین رسوب خاصی بدون استفاده از کواگولانت و فلوکولانت شکل نخواهد گرفت.

• کواگولانت

کواگولانت ها بار این ذرات را خنثی می نمایند و موجب به هم چسباندن دو و یا تعداد بیشتری از این ذرات کلوئیدی می شوند و ذرات بزرگتری به نام میکرو فلوک ها را پدید می آورند. تصفیه ی آب به کمک کواگولانت ها اولین مرحله ی تصفیه ی این ذرات کلوئیدی به حساب می آید. میکروفلوک های پدید آمده همچنان نامرئی و ریز هستند و قدرت کافی برای ته نشین سازی و جداسازی را ندارند. بنابراین افزودن ماده ای که با میکرو فلوک ها واکنش دهد و سبب بزرگ نمودن و ته نشین سازی آن ها شود گام بعدی در تصفیه ی آب به کمک پلیمر ها به حساب می آید.

• فلوکولانت

مرحله ی بعدی تصفیه ی ذرات کلوئیدی مرحله ی فلوتاسیون نامیده می شود. در این مرحله فلوکولانت مناسب به آب اضافه می شود. این ماده با میکرو فلوک ها وارد واکنش می شود و سبب ته نشین سازی آن ها می گردد.

از جمله مهم ترین ترکیباتی که در فرایند های فلوتاسیون مورد استفاده قرار می گیرند پلی الکترولیت های آلی می باشند.

این مواد به صورت آلی موادی هستند که در فلوتاسیون به وفور مورد استفاده قرار می گیرند. دلیل استفاده از این مواد وجود مکان های مناسب در زنجیره ی مولکولی برای جذب ذرات کلوئیدی، ایجاد پل و در نتیجه ته نشین سازی این ذرات می باشد.

• انتخاب پلی الکترولیت مناسب

این مواد در ماهیت گروه های عاملی، وزن مولکولی و دانسیته ی بار متفاوت می باشند.

یک نکته ی مهم در انتخاب این ترکیبات توجه به خاصیت و توانایی آن به عنوان کواگولانت ( با بی ثبات سازی کلوئید ها از طریق خنثی سازی)  و فلوکولانت (با ایجاد پل ای درون ذره ای) می باشد. pH همچنین یکی دیگر از پارامتر های مهم در انتخاب نوع این ماده می باشد. حساسیت به pH در پلیمر های کاتیونی که در آن گروه های آمونیوم 4 تایی (کواتر) غالب اند و در پلیمر های آنیونی شامل گروه های سولفونیک اسید رخ می دهد.

همچنین فلوکولانت هایی با گروه های آمینی و کربوکسیلی وابستگی قوی ای به pH دارند .

• خواص زدخوردگی پلی الکترولیت

به دلیل تاثیر خوردگی فلزات بر محیط زیست و مسائل اقتصادی در سال های اخیر توجه ها به یافتن راه های نوبتی برای ممانعت از خوردگی بیشتر شده است. پلی الکترولیت ها موادی هستند که در صورت استفاده از آن ها در ابعاد نانو و به صورت چند لایه می توان پوشش های ضد خوردگی مهمی را تهیه نمود.

این ترکیبات به صورت چند لایه می توانند محافظ خوبی در برابر گونه های فعال باشند. استفاده از این ترکیبات بر روی حامل های متخلخل موجب کنترل لودینگ، ذخیره سازی و آزاد سازی مهار کننده های خوردگی می شود. استفاده از این مواد به صورت چند لایه می تواند پوسته ی نفوذ پذیر و حساس به محرک های خارجی را فراهم نماید.

سایر کاربرد ها :

• در صنعت سرامیک سازی این مواد عامل پایدار کننده و در فرایند بتن سازی به عنوان یک سوپر پلاستی سایزر عمل

می نمایند.

• علاوه براین بسیاری از شامپو ها، صابون ها و لوازم آرایشی بهداشتی حاوی این ماده می باشند.
• برخی از مواد نیز به مواد غذایی افزوده می شوند و به عنوان روکشی برای محافظت آن ها در بسته بندی ها مورد استفاده قرار می گیرند. برای مثال نوع های طبیعی آن مانند پکتین، سی ام سی و آلژینات موارد مهمی از این مواد هستند که در صنایع غذایی به وفور مورد استفاده قرار می گیرند.

ویژگی های پلی الکترولیت  عبارتند از:

• کمک منعقد کننده در فرآیند زلال سازی آب خام در تولید آب آشامیدنی و صنعتی
• منعقد سازی جامدات معلق و کلوئیدها در فرآیندهای شکر و تغلیظ مایعات
• جداسازی جامدات و ترکیبات آلی در آب برگشتی سیستم‌های تبرید و حرارتی
• جداسازی جامدات، روغن و گریس و اکسیدهای نامحلول در تصفیه آب برگشتی از بخش نورد در صنعت فولاد
• حذف رنگ، مواد جامد معلق و کلوئیدها در صنایع تولید محصولات پتروشیمی
• منعقدکننده در سیستم‌های تصفیه پساب‌های صنعتی و بهداشتی

مزایای استفاده از پلی الکترولیت ها :

• زمان نگهداری  پلی الکترولیت کمتر است.
• انرژی کمی مصرف می شود.
• میکرواورگانسیم ها را می توان از بین برد.
• سرعت ته نشین شدن افزایش می یابد.
• باعث می شود حجم لجن تشکیل شده کاهش پیدا کند.
• با وجود پلی الکترولیت می توان آب تخلیه شده را تصفیه و از آن مجددا استفاده کرد.
• پلی الکترولیت ها ساختار سخت و فشرده دارند.
• باعث درشت تر شدن لخته هایی که ایجاد شده می شود.