انواع PAM
پلی آکریل آمید کاتیونی (CPAM): یک ترکیب پلیمری خطی. با توجه به گروههای فعال متنوعی که دارد، میتواند از طریق میل ترکیبی و جذب، پیوندهای هیدروژنی با بسیاری از مواد تشکیل دهد. در درجه اول کلوئیدهای با بار منفی را لخته می کند.
پلی آکریل آمید آنیونی (APAM): یک پلیمر{0} محلول در آب، که عمدتاً برای لختهسازی و ته نشینی در تصفیههای فاضلاب صنعتی مختلف، مانند فاضلاب کارخانههای فولاد، کارخانههای آبکاری، کارخانههای متالورژی، و کارخانههای شستشوی زغالسنگ، و همچنین آبگیری لجن استفاده میشود. همچنین می توان از آن برای شفاف سازی و تصفیه آب آشامیدنی استفاده کرد. از آنجایی که زنجیره مولکولی آن حاوی تعداد معینی از گروه های قطبی است، می تواند ذرات جامد معلق را در آب جذب کند، ذرات را پل بزند یا بارهای آنها را خنثی کند تا لخته های بزرگی تشکیل دهند. بنابراین، می تواند ته نشین شدن ذرات را در حالت تعلیق تسریع کند، به طور قابل توجهی سرعت شفاف سازی محلول و ترویج فیلتراسیون را افزایش می دهد.
پلی آکریل آمید غیر یونی (NPAM): این پلیمر یا پلی الکترولیت-مولکولی-بالا است. زنجیره مولکولی آن حاوی مقدار معینی از گروههای قطبی است که میتوانند ذرات جامد معلق را در آب جذب کنند و ذرات را برای تشکیل لختههای بزرگ پل بزنند. ته نشین شدن ذرات در حالت تعلیق را تسریع می کند، به طور قابل توجهی سرعت شفاف سازی محلول و ترویج فیلتراسیون را افزایش می دهد. به دلیل وجود گروه های آمیدی یا یونی در زنجیره مولکولی آن، ویژگی بارز آن آب دوستی بالا است که به آن اجازه می دهد در نسبت های مختلف در آب حل شود. این نوع محلول آبی پلی آکریل آمید تحمل خوبی در برابر الکترولیت هایی مانند کلرید آمونیوم و سولفات سدیم دارد و با سورفکتانت ها نیز سازگار است.
شاخص های فنی PAM
شاخص های فنی پلی آکریل آمید عموماً شامل وزن مولکولی، درجه هیدرولیز، درجه یونیزاسیون، ویسکوزیته و محتوای مونومر باقی مانده است. بنابراین کیفیت PAM را نیز می توان از روی این شاخص ها قضاوت کرد.
1. وزن مولکولی
PAM وزن مولکولی بسیار بالایی دارد و این در سال های اخیر افزایش چشمگیری داشته است. PAM مورد استفاده در دهه 1970 عموماً دارای وزن مولکولی چند میلیونی بود. از دهه 1980، اکثر PAMهای با راندمان بالا دارای وزن مولکولی بیش از 15 میلیون هستند که برخی از آنها به 20 میلیون میرسد. هر مولکول PAM از بیش از 100000 مولکول آکریل آمید یا آکریلات سدیم پلیمریزه شده است (آکریل آمید دارای وزن مولکولی 71 است و PAM حاوی 100000 مونومر دارای وزن مولکولی 7.1 میلیون است).
به طور کلی، PAM با وزن مولکولی بالاتر عملکرد لخته سازی بهتری را نشان می دهد. آکریل آمید دارای وزن مولکولی 71 است، در حالی که PAM حاوی 100000 مونومر دارای وزن مولکولی 7.1 میلیون است. پلی آکریل آمید و مشتقات آن دارای وزن مولکولی از صدها هزار تا بیش از ده میلیون هستند و بر اساس وزن مولکولی به عنوان وزن مولکولی کم (زیر 1 میلیون)، وزن مولکولی متوسط (1 میلیون تا 10 میلیون)، وزن مولکولی بالا (10 میلیون تا 15 میلیون) و وزن مولکولی فوقالعاده دستهبندی میشوند.
وزن مولکولی ترکیبات آلی با وزن مولکولی بالا حتی در یک محصول کاملاً یکنواخت نیست. وزن مولکولی اسمی مقدار متوسط آن است.
2. درجه هیدرولیز و درجه یونیزاسیون
درجه یونیزاسیون PAM به طور قابل توجهی بر عملکرد آن تأثیر می گذارد، اما مقدار بهینه آن به نوع و خواص ماده تحت درمان بستگی دارد. شرایط مختلف به مقادیر بهینه متفاوت منجر می شود. اگر ماده مورد پردازش دارای قدرت یونی بالایی باشد (حاوی مقدار زیادی ماده معدنی)، PAM مورد استفاده باید درجه یونیزاسیون بالاتری داشته باشد و بالعکس. به طور کلی درجه آنیونیزاسیون را درجه هیدرولیز می گویند. درجه یونیزاسیون معمولاً به طور خاص به کاتیون ها اشاره دارد.
درجه یونیزاسیون=n/(m+n)*100%
PAM اولیه تولید شده از یک مونومر منفرد، پلی آکریل آمید، پلیمریزه شد و در ابتدا حاوی -گروه COONa نبود. همانطور که در واکنش زیر نشان داده شده است، قبل از استفاده، برای هیدرولیز برخی از گروههای CONH2 به -COONa، باید با NaOH گرم شود:
-CONH2 + NaOH → -COONa + NH3↑
گاز آمونیاک در طول فرآیند هیدرولیز آزاد می شود. نسبت گروه های آمید هیدرولیز شده در PAM را درجه هیدرولیز می گویند که درجه آنیونیزاسیون است. این نوع PAM برای استفاده ناخوشایند بود و عملکرد ضعیفی داشت (هیدرولیز حرارتی ناگزیر باعث کاهش قابل توجه وزن مولکولی و عملکرد PAM شد) و از دهه 1980 به ندرت مورد استفاده قرار گرفته است.
PAM های تولید شده مدرن در محصولات مختلف با درجات مختلف آنیونیزاسیون موجود هستند. کاربران می توانند با توجه به نیاز خود و از طریق آزمایش واقعی نوع مناسب را انتخاب کنند. هیچ هیدرولیز بیشتری لازم نیست. می توان آن را مستقیماً پس از انحلال استفاده کرد.
با این حال، به دلیل عادت، برخی افراد هنوز از فرآیند انحلال لختهسازها به عنوان هیدرولیز یاد میکنند. لازم به ذکر است که هیدرولیز به معنای تجزیه با آب، یک واکنش شیمیایی است و هیدرولیز PAM باعث آزاد شدن گاز آمونیاک می شود. در حالی که انحلال صرفاً یک فرآیند فیزیکی بدون واکنش شیمیایی است. این دو اساساً متفاوت هستند و نباید آنها را با هم اشتباه گرفت.
3. محتوای مونومر باقیمانده
محتوای مونومر باقیمانده PAM به مقدار مونومر آکریل آمید اشاره دارد که در طی پلیمریزاسیون آکریل آمید به پلی آکریل آمید به طور کامل واکنش نشان نداده و در نهایت در محصول پلی آکریل آمید باقی می ماند. این یک پارامتر مهم برای ارزیابی مناسب بودن آن برای صنایع غذایی است. پلی آکریل آمید غیر سمی است، اما آکریل آمید درجه خاصی از سمیت دارد.
در پلی آکریل آمید درجه صنعتی-، مقادیر کمی از مونومر آکریل آمید پلیمریزه نشده ناگزیر باقی می ماند. بنابراین، محتوای مونومر باقیمانده در محصولات PAM باید به شدت کنترل شود. مقررات بین المللی تصریح می کند که محتوای مونومر باقی مانده در PAM مورد استفاده در آب آشامیدنی و صنایع غذایی نباید از 0.05٪ تجاوز کند. این مقدار برای-محصولات بین المللی شناخته شده کمتر از 0.03% است.
4. ویسکوزیته
محلول های PAM بسیار چسبناک هستند. هر چه وزن مولکولی PAM بیشتر باشد، ویسکوزیته محلول بیشتر است. این به این دلیل است که ماکرومولکول های PAM زنجیره های بلند و نازکی هستند که در نتیجه مقاومت قابل توجهی در برابر حرکت در محلول ایجاد می کنند. ویسکوزیته اساساً بزرگی اصطکاک داخل محلول را نشان می دهد که به ضریب اصطکاک داخلی نیز معروف است.
محلولهای ترکیبات آلی مختلف-مولکولی-با وزن بالا معمولاً ویسکوزیته بالایی دارند که با افزایش وزن مولکولی افزایش مییابد. یکی از روشهای تعیین وزن مولکولی ترکیبات آلی-مولکولی-با وزن بالا، اندازهگیری ویسکوزیته محلول با غلظت معین در شرایط خاص، و سپس محاسبه وزن مولکولی آن با استفاده از فرمول خاص است. به این «ویسکوزیته-متوسط وزن مولکولی» می گویند.
انتخاب PAM
پلی آکریل آمید را می توان بر اساس خواص یونی آن به انواع غیر یونی، آنیونی و کاتیونی طبقه بندی کرد. بر اساس وزن مولکولی، مشخصات مختلفی، یونی بودن و غیره وجود دارد که منجر به مدلهای مختلفی میشود. با توجه به مشخصات پیچیده موجود در بازار، انتخاب مدل پلی آکریل آمید بهینه برای سیستم فاضلاب شما در واقع بسیار دشوار است. در اینجا چند نکته برای حل مشکلات رایج در انتخاب پلی آکریل آمید برای تصفیه فاضلاب یا لجن آورده شده است.
1. درک منبع لجن
لجن یک محصول جانبی اجتناب ناپذیر تصفیه فاضلاب است. ابتدا باید منبع، خواص، ترکیب و مواد جامد لجن را درک کنیم. بر اساس اجزای اصلی، لجن را می توان به لجن آلی و لجن معدنی تقسیم کرد.
به طور کلی، پلی آکریل آمید کاتیونی برای تصفیه لجن آلی استفاده می شود، در حالی که پلی آکریل آمید آنیونی برای تصفیه لجن معدنی استفاده می شود. پلی آکریل آمید کاتیونی برای شرایط بسیار قلیایی مناسب نیست، در حالی که پلی آکریل آمید آنیونی برای شرایط بسیار اسیدی مناسب نیست. محتوای جامد بالاتر در لجن معمولاً به دوز بیشتری از پلی آکریل آمید نیاز دارد.
2. انتخاب وزن مولکولی پلی آکریل آمید
وزن مولکولی پلی آکریل آمید به طول زنجیره مولکولی اشاره دارد. وزن مولکولی پلی آکریل آمید از 5 میلیون تا 18 میلیون متغیر است. به طور کلی، هر چه وزن مولکولی محصول پلی آکریل آمید بیشتر باشد، ویسکوزیته بالاتری دارد. با این حال، در عمل، وزن مولکولی بالاتر لزوماً به معنای عملکرد بهتر نیست. وزن مولکولی مناسب باید بر اساس صنعت کاربرد خاص، کیفیت آب و تجهیزات تصفیه تعیین شود.
پلی آکریل آمید یک کمک منعقدکننده-مولکولی-با وزن بالا است. محصولات را می توان با توجه به وزن مولکولی متوسط به سه دسته طبقه بندی کرد: وزن مولکولی کم (<1 million), medium molecular weight (2-4 million), and high molecular weight (>7 میلیون).
پلی آکریل آمید در تصفیه فاضلاب استفاده می شود و یک پلیمر آلی محلول در آب-با وزن مولکولی بالا-با وزن مولکولی از چند میلیون تا ده ها میلیون است. هنگامی که صرفاً به عنوان کمک منعقد کننده استفاده می شود، به طور کلی، هر چه وزن مولکولی بالاتر باشد، لخته ها متراکم تر هستند و مواد شیمیایی کمتری مورد نیاز است. با این حال، وزن مولکولی پلی آکریل آمید آنیونی توصیه می شود که بیش از 20 میلیون نباشد.
برای آبگیری لجن: هنگام استفاده از فیلتر پرس تسمه ای، وزن مولکولی به طور کلی نمی تواند خیلی زیاد باشد. وزن مولکولی بالا ممکن است پارچه فیلتر را مسدود کند و بر اثر آبگیری تأثیر بگذارد. هنگام استفاده از فیلتر پرس گریز از مرکز، وزن مولکولی مورد نیاز بیشتر است زیرا فیلتر پرس های گریز از مرکز به لخته ها نیاز دارند که تا حد امکان برشی-مقاوم باشند. بنابراین، محصولی با وزن مولکولی نسبتاً بالا باید انتخاب شود.
3. انتخاب درجه یون پلی آکریل آمید
برای اینکه لجن آبگیری شود، لختهکنندههایی با درجات یونی مختلف میتوانند از طریق آزمایشهای کوچک غربال شوند تا پلی آکریل آمید بهینه انتخاب شود. این کار بهترین اثر لخته ساز را به دست می آورد و در عین حال دوز را به حداقل می رساند و هزینه ها را نیز کاهش می دهد. عوامل کلیدی برای انتخاب درجه یون عبارتند از:
(1) اندازه فلوک
لختههای خیلی کوچک بر سرعت زهکشی تأثیر میگذارند، در حالی که لختههای خیلی بزرگ آب بیشتری را میچسبند و خشکی کیک لجن را کاهش میدهند. اندازه لخته را می توان با انتخاب وزن مولکولی پلی آکریل آمید تنظیم کرد.
(2) استحکام لخته (محتوای رطوبت)
لخته ها باید پایدار بمانند و تحت تنش برشی شکسته نشوند. افزایش وزن مولکولی پلی آکریل آمید یا انتخاب ساختار مولکولی مناسب به بهبود پایداری لخته کمک می کند.
(3) اختلاط پلی آکریل آمید و لجن
پلی آکریل آمید باید به طور کامل با لجن در نقطه معینی از تجهیزات آبگیری واکنش دهد تا لخته سازی حاصل شود. بنابراین، ویسکوزیته محلول پلی آکریل آمید باید برای اطمینان از اختلاط کامل با لجن در شرایط تجهیزات موجود مناسب باشد. اختلاط یکنواخت یک عامل کلیدی برای موفقیت است. ویسکوزیته محلول پلی آکریل آمید به وزن مولکولی و غلظت آن بستگی دارد.
(4) انحلال پلی آکریل آمید
انحلال خوب برای لخته سازی موثر ضروری است. همانطور که قبلا ذکر شد، فرآیند انحلال پلی آکریل آمید اساساً فرآیند بلوغ آن است. گاهی لازم است سرعت انحلال را تسریع کنیم. در این صورت می توان افزایش غلظت محلول پلی آکریل آمید را در نظر گرفت.
بنابراین، انتخاب بهینه محصول باید از طریق آزمایشات آزمایشگاهی لیوان تعیین شود. از مطالب فوق می توان دریافت که انتخاب وزن مولکولی و یونیته مطلق نیست. بهتر است قبل از انتخاب پلی آکریل آمید، آزمایشهای انتخاب و آزمایشهای عملیاتی انجام شود تا دقیقترین دادهها به دست آید و از بهترین هزینه{2}}اثربخشی پلی آکریل آمید انتخاب شده اطمینان حاصل شود.