الکترولیت به موادی گفته می شوند که پس از حل شدن در آب، خواص رسانایی به آب می دهد. پلی الکترولیت اما زنجیره ای از الکترولیت ها است. هنگامی که این مواد وارد آب می شوند، تعداد زیادی گروه باردار درون آب تشکیل می شود. بنابراین مواد معلق را می توانند جذب کنند و تشکیل لخته دهند.
از پلی الکترولیت به منظور حذف ذرات ریز و معلق موجود به آب اضافه می شوند. این مواد ترکیباتی پلیمری هستند که در فرآیند انعقاد و لخته سازی در تصفیه آب مورد استفاده قرار می گیرند. در ادامه به خواص انواع پلی الکترولیت و کاربردهای آن می پردازیم.
پلی الکترولیت چیست؟
پلی الکترولیت (Polyelectrolyte) یکی از بهترین و پرکاربردترین کمک منعقد کننده می باشد. نام دیگر آن پلی آکریل آمید PAM می باشد، که در سه دسته آنیونی، کاتیونی و نانیونی به بازار عرضه می گردد.
این ترکیب دارای خاصیت پلیمری و الکترولیتی هستند و به منظور حذف و از بین بردن کلوئیدها و ناخالصی های معلق در آب و فاضلاب و پساب استفاده می شوند. از کمک منعقد کننده ها برای تکمیل روند انعقاد و ايجاد لخته های بزرگتر و سنگین تر استفاده می شود.
شکل ظاهری آن بلوری جامد، سفید رنگ و بی بو است و قابلیت حل شدن در آب، اتانول، اتر و کلروفرم را دارد. سرعت ته نشین سازی پلی الکترولیت ها در حدود دو برابر سرعت ته نشین سازی سایر مواد کمک منعقد کننده و منعقد کننده می باشد. پلی آکریل آمید بیشتر به فرم پودری می باشد، اما به منظور سهولت در انجام کارها از پلی الکترولیت مایع استفاده می شود.
کاربرد پلی آکریل آمید یا پلی الکترولیت ها در کجاست؟
پلی آکریل آمید یا PAM در صنایع مختلف کاربردهای متفاوتی دارد. از جمله آن می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- 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
بیشتر بخوانید: کاربرد پلی الکترولیت در تصفیه آب
مزایا پلی الکترولیت ها چیست؟
- دوز کمتری از منعقد کننده مورد نیاز است
- حجم کمتری از لجن پس از اتمام فرآیند تصفیه باقی می ماند
- افزایش کمتری در بار یونی آب تصفیه شده
- کاهش محتوای آلومینیوم در آب تصفیه شده
- صرفه جویی در هزینه های تا حدود 25-30 درصد
- قدرت و سرعت انحلال بسیار بالا
- در روند تصفیه و حذف ذرات معلق و کلوئیدی لجن کمتری تولید میشود.
- مقدار مورد نیاز کم این مواد نسبت به سایر مواد منعقدکننده
- لخته های تولید شده توسط این مواد پلیمری حجم و اندازه بزرگتری دارند
- سرعت ته نشینی ذرات منعقد و لخته شده بیشتر از سایر مواد می باشد
- عدم تشکیل ترکیبات مضر و خطرناک در روند تصفیه و حذف ذرات معلق
خواص پلی الکترولیت
پلی الکترولیت های همگن دارای یک گروه باردار هستند. اما نوع ناهمگن پلی الکترولیت هم دارای گروه بار مثبت و هم گروه بار منفی است. این مواد در آب به صورت محلول می باشند. ولی در زمانی که مواد معلق را به خود جذب می کنند به شکل نامحلول در می آیند. پلی الکترولیت های مایع به سه دسته وزن مولکولی کم، وزن مولکولی متوسط و بالا دسته بندی می شوند.
پیش از خرید پلی الکترولیت باید pH آب اندازه گیری شود. چرا که این مواد به pH آب حساس هستند. و عدم استفاده آن ها در pH تعیین شده ممکن است به کاهش کارایی پلی الکترولیت منجر شود.
تولید پلی الکترولیت به چه صورت است؟
پلی الکترولیت در دو حالت مایع و پودری تولید می شود. پلی اکریل آمید مایع برای تولید پلی الکترولیت استفاده می شود. پلیمریزاسیون یا فرایند تولید پلی الکترولیت در دمای 60 درجه سانتی گراد انجام می شود. این واکنش با استفاده از تابش امواج ماکروویو انجام می شود که باعث تشکیل زنجیره پلیمری در آب می شود.
پلی الکترولیت مایع
پلی الکترولیت ها هم به صورت مصنوعی و هم به صورت طبیعی وجود دارند. از جمله پلی الکترولیت های طبیعی مورد استفاده در تصفیه فاضلاب و آب می توان به پلیمر های اصلاح شده، ژلاتین، چیتوزان و ترکیبات سلولز و نشاسته نام برد. پلی الکترولیت های مصنوعی عمدتا شامل پلی آکریل آمید می شود. اما پلی فسفات، کو پلیمر پلی آکریل آمید، اکریلات و مونومر های آمونیوم می شوند.
پلی الکترولیت مایع بر اساس وزن مولکولی و چگالی بار دسته بندی می شود. اما برای خرید پلی الکترولیت برای استفاده در تصفیه آب باید پتانسیل انعقاد آن مد نظر قرار بگیرد.
پلی الکترولیت کاتیونی
پلی الکترولیت کاتیونی، معمولا دارای گروه های چهارتایی آمونیوم هستند. این الکترولیت ها صرف نظر از pH آب دارای بار مثبت هستند. بنابراین به آن ها پلی الکترولیت قوی گفته می شود. پلی الکترولیت کاتیونی ضعیف شامل پلی الکترولیتی است که در صورت انحلال در محیط اسیدی، خاصیت کاتیونی پیدا می کند. از مهم ترین مواد پلی الکترولیتی کاتیونی می توان به پلی آکریل آمید کاتیونی، کیتوسان، اپی کلرو هیدرین و پلی دی آلیل دی متیل آمونیوم کلراید اشاره کرد.
به نانوذرات کاتیونی، آکریل آمید که دارای بار مثبت هستند یا پلی الکترولیت کاتیونی گفته می شود. این پلی آمین ها از اپی کلرو هیدرین و آمین های ثانویه همانند دی متیل آمین ساخته می شوند.
انواع بسیاری از پلیمرهای کاتیونی وجود دارد. از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- پلی دی آلیل دی متیل آمونیوم کلراید
- اپی کلرو هیدرین / دی متیل آمین
- پلی آکریل آمید کاتیونی
- پلیمرهای کاتیونی طبیعی مانند کیتوسان
کاربردهای پلی الکترولیت کاتیونی در کجاست؟
از این پلی آمیدها به منظور انعقاد انواع مواد شیمیایی در موارد ذیل استفاده می شود:
- تصفیه خانه فاضلاب خانگی یا فاضلاب شهری،
- کاغذسازی، صنعت نفت و گاز و پتروشیمی،
- صنایع معدنی و نساجی
پلی الکترولیت آنیونی
به آکریل آمید که دارای بار الکتریکی منفی می باشند، پلی آکریل آمید آنیونی یا پلی الکترولیت آنیونی گفته می شود. این پلیمر خطی کاملا به صورت محلول در آب است. همچنین 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.
کاربردهای پلی الکترولیت آنیونی در کجاست؟
این مواد می توانند عمل لخته سازی، ضخیم شدن، خاصیت برشی، پراکندگی را به راحتی انجام دهند، بنابراین در موارد مانند موارد ذیل کاربرد دارند:
- بازیافت روغن، کارخانجات سنگبری
- فرآوری مواد معدنی، شستشوی زغال سنگ
- متالورژی، انعقاد مواد شیمیایی، کاغذسازی
- صنعت نساجی، تولید شکر
- در داروسازی، حفاظت از محیط زیست
- بتن و مصالح ساختمانی، کشاورزی
- و صنایع دیگر
بیشتر بخوانید : کاربرد پلی الکترولیت در تصفیه فاضلاب
پلی الکترولیت نانیونیک
پلی الکترولیت نانیونی سومین نوع از این ماده است. در آن بار مثبت یا منفی غالب وجود نداشته و خنثی است. این ماده در واقع همان هموپلیمرهایی است که عملا خنثی و فاقد بار الکتریکی هستند. به آکریل آمید بدون بار یا عملا خنثی، پلی الکترولیت غیریونی یا نانیونیک گفته می شوند.
تفاوت پلی الکترولیت ها
تفاوت پلی الکترولیت های کاتیونی و آنیونی در باری است که هر یک از آن ها دارند. با توجه به نوع باری که حمل می کنند کاربرد آن ها نیز متفاوت می باشد. همچنین از هریک از آن ها در محیط های متفاوت استفاده می شود. در مقابل نوع دیگری از پلی الکترولیت ها نوع غیر یونی و فاقد بار (خنثی) آن است.
برخی از خواص ویژه پلی الکترولیت ها در مقایسه با پلیمرهای بدون بار:
- حلالیت بالا این پلیمر در آب
- قابلیت تورم و اتصال با مقادیر زیاد آب
- قابلیت تعامل بالا با ماکرومولکول های دارای بار ناهمنام
تفاوت پلی الکترولیت ها در هنگامی است که وارد آب می شوند. پلی الکترولیت کاتیونی در هنگام ورود به آب تشکیل پلیمر هایی بار مثبت می دهد. بنابراین می تواند مواد با بار منفی را در دو طرف خود جذب کرده و موجب ته نشینی آن ها و در نهایت تصفیه آب شود. اما پلی الکترولیت آنیونی پس از ورود به آب باعث تشکیل پلیمر هایی با بار منفی می شود. بنابراین شناخت نوع آب مورد تصفیه در هنگام خرید پلی الکترولیت تاثیر گذار است.
تفاوت بین لخته های معدنی و آلی چیست؟
لخته سازی های معدنی و لخته سازی های آلی، دارای ویژگی های انعقادسازی یا لخته سازی هستند. لخته سازی های معدنی بیشتر جایگزین کمک منعقد کننده یا لخته سازی ها هستند. اما لخته سازی های آلی چون رسوب گذاری دارند و در آن ها املاح وجود دارد، پلیمرهایی با وزن مولکولی بالا می باشند. کمک منعقدکننده های معدنی، نمکی حاصل از فلزات چند منظوره مثل آهن و آلومینیوم هستند که روند رسوب گذاری آن ها کاملا با لخته سازی های آلی متفاوت است.
نحوه ی صحیح انتخاب بین پلی الکترولیت ها
انتخاب صحیح نوع لخته سازی وابسته به بار الکتریکی کلوئیدهای معلق در محلول می باشد. نیروی جاذبه الکتروستاتیک برای ایجاد لخته بین ذرات معلق کلوئیدها و لخته سازی ها بسیار حائز اهیمت است زیرا، این نیرو با استفاده از نیروی جاذبه بین بارهای ناهمنام کلوئیدها و لخته سازی ها به وجود می آید.
پس در انتخاب بین الکترولیت ها، ابتدا باید بار فاضلاب یا پساب خود را شناسایی کنیم. پس از شناسایی متناسب با بار فاضلاب، الکترولیت را انتخاب می کنیم. به طور مثال برای فاضلاب با بار منفی از الکترولیت با بار مثبت استفاده می کنیم. این عمل باعث ایجاد جاذبه بین ذرات و لخته می شود.
