Polyelektrolyte sind wasserlösliche Polymere, die ionische Ladung entlang der Polymerkette tragen.
Polyelektrolyte weisen ein breites Molekulargewichts- und Dichtespektrum auf. Polyelektrolyte finden vielfältige Anwendungen in der Wasserreinigung, Ölrückgewinnung, Farbentfernung, Papierherstellung, Mineralverarbeitung usw. Sowohl das Polyelektrolyt-Flockungsmittel als auch das Verunreinigungsmittel hängen vom Molekulargewicht ab. Ein Flockungsmittel ist hauptsächlich ein Flüssig-Fest-Trennmittel. Polyelektrolyte werden in die folgenden drei Kategorien unterteilt:
• Anionisch (mit negativer Ladung)
• Kationisch (mit positiver Ladung)
• Nichtionisch (ohne Ladung)
Sowohl mineralische als auch organische Polyelektrolyte weisen Koagulation, Flockung und Streuung auf. Anstelle von Flockungsmitteln eignet sich die Herstellung anorganischer Polyelektrolyte, da in organischen Polyelektrolyten aufgrund von Sedimentation und vorhandenen gelösten Stoffen ein Polymer mit hohem Molekulargewicht vorliegt. Anorganische Flockungsmittel sind Salze von Mehrzweckmetallen wie Aluminium und Eisen, und der Abscheidungsprozess dieser Salze unterscheidet sich völlig von dem organischer Flockungsmittel. Übliche Polyelektrolyte sind anionische (Homopolymere und Copolymere von Acrylsäuresalz mit Acrylamid), die allgemein als Polyacrylamid bezeichnet werden. Kationische Polyelektrolyte (Homopolymere oder Copolymere mit Acrylamid als drei kationischen Hauptmonomeren) sind je nach Vorhandensein des kationischen Monomers, Dichte, Ladung und Molekulargewicht eine große Vielfalt kationischer Polyethylene. Halbedelpolyamine, hergestellt aus Epichlorhydrin und sekundären Aminen wie Dimethylamin, sind weitere Arten von Kationen mit niedrigem Molekulargewicht, die normalerweise sehr interessante Anwendungen haben. Acrylamid-Homopolymere werden häufig zur Familie der Polyelektrolyte gezählt und obwohl diese ungeladen sind, werden sie daher als nichtionisch bezeichnet.
Trinkwasser wird durch die Reinigung von natürlichem Wasser hergestellt, um die Unregelmäßigkeit der Wassermoleküle zu reduzieren, den Geschmack zu beseitigen und das Aussehen klarer zu gestalten. Im Allgemeinen werden Flockungsmittel im Reinigungsprozess eingesetzt, um Bakterien, Viren, Algen, gelöste Mineralien, gelöste organische Substanzen und Schwebstoffe im Wasser zu entfernen. Außerdem wird im Hydrolyseprozess anionisches Polyacrylamid mit einem geringen Grad zur Wasserreinigung verwendet. Da das Vorhandensein von Natrium im Rohwasser hauptsächlich auf kolloidale Partikel zurückzuführen ist, sind Auflösung und Filtration erforderlich. Daher werden Flockungsmittel mit niedrigem Molekulargewicht verwendet. Historisch gesehen werden zur Trinkwasseraufbereitung anorganische Gerinnungsmittel auf Basis von Aluminium, Eisen und Kalzium verwendet, wobei Aluminiumsulfat (Alaun) tatsächlich eines der am weitesten verbreiteten ist. Die Leistung dieses Materials ist so groß, dass es Schwebstoffe durch Bildung von Aluminiumhydroxidablagerungen zerstört. Abgesehen davon, dass Koagulanzien in großen Mengen verwendet werden müssen, haben Koagulanzien einen begrenzten pH-Wert, unter dem sich Hydroxidniederschläge bilden. Polyelektrolyte können die Schlammbildung erheblich reduzieren, indem sie mineralische Koagulanzien im letzten Teil der Behandlung ersetzen.
Der Einsatz von Polyelektrolyten in der Wasser-, Abwasser- und Abwasseraufbereitung:
Häusliche und industrielle Abwässer sind verschiedene Arten von Abwasser.
Die Entfernung von Farbstoffen aus Abwasserströmen ist für Wissenschaftler eine Herausforderung. Farbe kann je nach Quelle und Art durch die folgenden Methoden entfernt werden:
• Chemischer Abbau
• Physikalische Entfernung wie Absorption
• Methoden der physikalischen Chemie
• Biologische Methoden
Viele Farbsubstanzen im Abwasserstrom können reduziert oder oxidiert werden. Die Oxidationsmethode wird bevorzugt, wenn der Farbstoff aus natürlichen Quellen stammt. Zu diesem Zweck werden üblicherweise Natriumhypochlorit, Wasserstoffperoxid usw. verwendet. Physikalische Methoden wie die Absorption sind begrenzt und werden im Allgemeinen als letzter Schritt zusammen mit anderen Reinigungsmethoden durchgeführt. Die Behandlung mit Flockungsmitteln kann als physikalisch-chemische Methode bezeichnet werden, da an diesem Prozess beide Phänomene beteiligt sind. Die Behandlungskosten sind direkt proportional zur Intensität des Farbstoffs.
Sie verwenden auch Polyelektrolyte, um bioaktive Substanzen aus der Wasserumgebung zu entfernen. Umweltprobleme haben den Druck erhöht, alle Materialien, einschließlich Schwebstoffe, aus den Abwässern zu entfernen. In einigen Stufen der Abwassersedimentation können Polyelektrolyte eingesetzt werden. Die Hauptanwendung von Polyelektrolyten in der Geschichte war die Schlammentwässerung. Das gewünschte Molekulargewicht des Polyelektrolyten variiert je nach Art der Entwässerungsausrüstung. welches je nach Bedingungen üblicherweise als kationischer Polyelektrolyt eingesetzt wird.
• Verbesserung der Papiermaschinenfeuchtigkeit von Fasern, Füllstoffen, Farbstoffen oder Messchemikalien
• Verbesserung der Papiermaschinenentwässerung (im Maschinenwaschwasser)
• Verbesserung der „Trockenbeständigkeit“ von Papier, das aus Fasern hergestellt wird. Abfall (recycelt)
• Verbessern die „Nassfestigkeit“ bestimmter Papiersorten wie Kosmetiktücher und Küchentücher. Bei
den Konservierungsmitteln handelt es sich im Allgemeinen um anionisches oder kationisches Polyacrylamid. Trockene Harze erhöhen die Gesamtfestigkeit des Endpapiers und dies geschieht durch Wasserstoffbrücken zwischen benachbarten Zellulosefaserpartikeln. Dabei handelt es sich in der Regel um kationische Polymere mit mittlerem Molekulargewicht.
Anwendung von Polyelektrolyten im Erdöl
Anwendung von Polyelektrolyt beim Bohren:
Acrylamid:
Acrylamid ist ein Monomer und ein anderes Beispiel für Polyacrylamid-Polymere. Aufgrund ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften bieten sie Umweltlösungen mit hoher Wirkung. Acrylamid ist leicht herzustellen und verfügt über einzigartige chemische Eigenschaften, wie z. B. die Synthese von Polymeren mit hohem Molekulargewicht.
Polyacrylamide sind hochwertige Lösungen und wirksame Reiniger für verunreinigtes Wasser, die eine effiziente und umweltfreundliche Produktion ermöglichen und neue Möglichkeiten zur Produktivitätssteigerung bei Erdöl- und Mineralanwendungen eröffnen und dadurch die Umweltverschmutzung minimieren.
Polyacrylamide bestehen aus einzelnen Monomer-Acrylamiden, die Homopolymere bilden. Copolymere bestehen aus verschiedenen Arten funktioneller Monomere, die besondere Eigenschaften aufweisen. Acrylamid ist das wichtigste „neutrale“ Monomer, das die Herstellung dieser speziellen Polymere ermöglicht. Bei diesen Verbindungen handelt es sich meist um wasserlösliche Polymere mit kationischer oder anionischer Ladung in verschiedenen Maßstäben oder nichtionisch. Darüber hinaus kann das Molekulargewicht je nach Anwendung angepasst werden.
Die einzigartigen Eigenschaften von Acrylamid beruhen auf einer Kombination chemischer und physikalischer Eigenschaften: Es ist polar und daher gut wasserlöslich. Diese Substanz ist nichtionisch und verfügt über eine Amidgruppe mit einem starken Potenzial für die Wasserstoffdispersion mit Sauerstoff als Akzeptor und „Amin“ als Donor, sodass eine Wechselwirkung mit verschiedenen Arten polarer Gruppen möglich ist. Durch die Reaktivität der Doppelbindung kann Acrylamid ein Polymer mit hohem Molekulargewicht bilden. In verschiedenen Anwendungen werden stabile Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen benötigt. Diese Flexibilität ermöglicht die Herstellung vieler spezieller Polymere.
Vorteile von Polyelektrolyten:
• Weniger Wartungszeit.
• Es hat harte, dichte und kompakte Strukturen.
• Niedriger Energieverbrauch.
• Reinigung des abgeleiteten Wassers und Wiederverwendung für andere Zwecke.
• Mikroorganismen eliminieren.
• Reduzierung des gebildeten Schlammvolumens.
• Vergröberung der gebildeten Blutgerinnsel.
• Reduzierung der Verbrauchskosten.
• Erhöhung der Absetzgeschwindigkeit.