Полимерные полиэлектролиты Полиэлектролиты это полимеры макромолекулы

Полимерные полиэлектролиты

Полиэлектролиты – это полимеры, макромолекулы которых содержат функциональные группы, способные к электролитической диссоциации. l Применяются в технике в качестве коагулянтов для очистки сточных вод, в качестве диспергаторов для снижения вязкости высококонцентрированных дисперсных систем на водной основе (суспензии и пасты в производстве керамики). l Имеет место адсорбция полиионов на поверхность частиц с формированием двойного электрического слоя, эффективно снижающего трение между частицами. l К полиэлектролитам относятся важнейшие биологические полимеры (биополимеры) — белки, нуклеиновые кислоты. l

Классификация l Поликислоты l Полиоснования (сильные и слабые) l Полиамфолиты Сильные поликислоты имеют сульфоновую, сульфатную или фосфатную группы.

Примеры сильных и слабыхполикислот: (– СН 2 – СН –) n | SO 3 H поливинилсульфоновая кислота, сильная поликислота; Примеры слабых: (– СН 2 – СН –)n | полиакриловая кислота; COOH

CH 3 | полиметакриловая (– СН 2 – С –)n кислота | COOH l Сильные полиоснования чаще всего (но не только) содержат в макромолекулах четвертичные ионы аммония: поли (диметилполиметиленаммония) бромид.

Слабые поликислоты содержат в полимерной молекуле карбоксильную (или иную слабокислотную) группу, как например полиакриловая кислота. l Слабые полиоснования содержат первичные, вторичные или третичные аминогруппы, способные протонироваться, например (– CH 2 – CH –)n | поливиниламин NH 2 l

Аминосоединения, содержащие четвертичный азот в основной цепи или боковой группе – сильные полиоснования. – СН 2 – NH – | (CH 2)2 | полиэтиленимин NH 2 разветвленный l Полиамфолиты (амфотерные полиэлектролиты) содержат в макромолекулах как кислотные, так и основные группы. l

Полиамфолиты Сополимер виниламина и акриловой кислоты: -(CH 2 – CH)x –(CH 2 – CH)y – | | COOH NH 2 Белки – это сополимеры различных аминокислот общей формулы O O O || || || – NH – CH – C –– NH – C – | | | R 1 R 2 R 3 l

По структуре полимерных цепей полиэлектролиты: l линейные l разветвленные l сетчатые Катионит на основе полистиролсульфокислоты и дивинилбензола – CH 2 – CH – (CH 2 – CH)n – | | сетчатый | | полимер – CH 2 – CH – SO 3 H

Ионообменники (ионообменные сорбенты, иониты) – это неорганические и органические (главным образом полимерные) вещества и материалы, содержащие ионогенные группы, способные к обмену ионов при контакте с растворами электролитов. Ионогенные группы, прочно связанные химической связью с каркасом матрицей), диссоциируют в водной среде. При этом образуются фиксированные на матрице полиионы и подвижные противоионы, например: l K– SO 3 H ↔ K– SO 3 + H+, где К – каркас. l

По знаку отщепляемого иона: l Катиониты, аниониты и амфолиты По степени диссоциации: l Сильно-, средне- и слабокислотные (основные) катиониты (аниониты). Применение ионитов. l водоподготовка l выделение ценных и рассеянных элементов в гидрометаллургии l очистка промышленных и бытовых водных стоков l получение веществ особо высокой чистоты l аналитическая химия

§ § Ионообменные смолы Это синтетические органические иониты – высокомолекулярные синтетические соединения с трехмерной гелевой и макропористой структурой, которые содержат функциональные группы кислотной или основной природы, способные к реакциям ионного обмена. Катионообменные смолы (катиониты) Анионообменные смолы (аниониты) Амфотерные ионообменные смолы (амфолиты)

катеонит анионит Получение полимеризацей, поликонденсацией или путём полимераналогичных превращений, так называемой химической обработкой полимера, не обладавшего до этого свойствами ионита.

Использование ионообменных смол l обессоливание воды l извлечение и разделения редких элементов l очистка продуктов органического и неорганического синтеза l для регенерации отходов гальванотехники и металлообработки l в качестве катализатора для органического синтеза.

Ионообменные мембраны l Это пленки или пластины, изготовленные из ионообменных полимеров или композиций на их основе. Катионообменная мембрана

Классификация ионообменных мембран Функциональность: l Биполярные l Монополярные: катионообменные анионообменные Структура: l Гетерогенные l Гомогенные l Интерполимерные

l Гетерогенные мембраны представляют собой тонкодисперсный ионит, распределенный в пленке инертного связующего материала. l Гомогенные мембраны представляют собой пленки, в которых ионообменный компонент образует сплошную непрерывную фазу. l Интерполимерные мембраны построены из тесно преплетенных макромолекул полиэлектролита и инертного термопластичного полимера.

Применение мембран. l Электродиализ (используют в водоподготовке для получения пресной и деминерализованной воды, реже для деминерализации технологических растворов и сточных вод ) l Электролиз (для получения хлора и Na. OH, для электрохимического синтеза).

Применение полиэлектролитов. Анионные серосодержащие полиэлектролиты эффективны в качестве стабилизаторов многих промышленных дисперсных систем. Исходными мономерами для получения таких полиэлектролитов являются акриламидосульфокислоты, обычно используемые в виде калиевых солей: CH 3 | CH 2 =CH-C-NH-C-CH 2 -SO 3 K | CH 3 соль 2 -акриламидо-2 -метилпропансульфокислоты.

Сульфометилирование Получение акриламида и акрилонитрила l метод радикальной полимеризации, инициируемой K 2 S 2 O 8, в водной среде при 50 -60 °С: l Такие полифункциональные сополимеры (анионоактивные полиэлектролиты) перспективны для применения в качестве компонентов за-калочных сред при обработке металлов, а также в качестве стабилизаторов при фильтрации буровых растворов.

Общее использование полиэлектролитов. В качестве ионообменных материалов: они используются для деминерализации воды, разделения и выделения ионов редких металлов, очистки неионогенных веществ от ионных примесей. Кроме того иониты могут служить полупроницаемыми мембранами медицинского назначения, катализаторами таких реакций как омыление, этерификация и т. д. Полиэлектролиты широко применяются в различных отраслях техники в качестве флокулянтов и коагулянтов коллоидных дисперсий в воде, например, для осветления отработанных и мутных вод, для стабилизации коллоидов, в частности, эмульсий и пен, для структурирования почв и грунтов, для борьбы с водной и ветровой эрозией почвы (линейные). Они находят применение при производстве волокон и бумаги, используются в пищевой, медицинской и фармацевтической промышленности. Полиэлектролиты могут служить носителями ферментов и лекарственных веществ; они используются в качестве искусственных антигенов, которые стимулируют защитную реакцию живого организма на все биологически чуждое (иммунный ответ организма), стабилизаторы буровых жидкостей и промоторы отдачи нефтяных пластов, средства для умягчения жесткой воды, реагенты для очистки загрязненных сточных вод. При этом весьма перспективны органические соединения серы. В частности, анионные серосодержащие полиэлектролиты эффективны в качестве стабилизаторов многих промышленных дисперсных систем.