Қазіргі заманғы білім берудің сапасы ғылымның жетістіктерімен тығыз байланысты. Өйткені ғылымның әртүрлі саласының дамуы тек өндірістің, шаруашылықтың түйінді мәселелерін шешуге ықпал жасап қоймастан, білім берудің де басты құралының бірі болып есептеледі. Бірақ қазіргі уақытта ғылыми нәтижелерге қойылатын түрлі талаптар бар. Соның ішінде ғылыми зерттеу жұмыстарды жүргізу, олардан алынған нәтижелерді отандық өндірістің, шаруашылықтың экологиялық кезек күтірмейтін қажеттіліктерді шешуге бейімдеу бүгінгі күннің маңызды мәселелерінің бірі болып отыр. Бұл тұрғыдан алғанда әсіресе экологиялық білім беруді өндірістің, шаруашылықтың талаптарымен байланысты жүргізу үшін іргелі ғылымдардың нақты тәжірибе негізінде алынған деректеріне сүйенуі керек.
Осы заманғы экологиялық түйінді мәселелердің бірі су көздерінің тазалығын сақтау, ол негізінен табиғи лайлы суларды тазалау, тұндыру жолымен тұрмыстың, өндірістің қажеттілігін қамтамасыз етуге лайық күйге келтіру болса, сонымен қатар әртүрлі өндірістік, тұрмыстық қалдық, шайынды, ағын суларды ашық су көздеріне жіберуден алдын талапқа сай деңгейге келтіру болып есептеледі [1]. Мұндай экологиялық талаптарға сай келмейтін суларды тазалаудың түрлі әдістері белгілі, бірақ солардың ішінде кейінгі жылдары суды әртүрлі химиялық коагулянттар, флокулянттар қосу жолымен іске асырылатын технологиялық әдістер кең етек алып келеді [2]. Бұл бағытта алдыңғы қатарлы дамыған елдерде экономикалық тиімді, экологиялық үйлесімді жоғары молекулалық қосылыстарды, солардың ішіне функционал топтары әртүрлі зарядқа ие болған полиэлектролиттерді пайдаланудың қажеттілігі күн санап дәлелденіп отыр. Сондықтан, су көздерінің экологиялық тазалығын сақтау арқылы тұрмыстың, өндірістің және шаруашылықтың таза суға деген талабын қанағаттандыру үшін біздің республикамызда да суды тазалауда жоғары молекулалық қосылыстарды алу, олардың қолдану технологиясының кешенді түрлерін жаратуға қаратылған ғылыми-зерттеу жұмыстарын жүргізудің өзіндік қажеттілігі барлығы даусыз.
Сол себепті, бұл жұмыста зертханалық жағдайда алынған жаңа, оң зарядты функционал топты полидиметиламиноэтилметакрилат хлоргидратының (ПДМАЭМА*НСl) қатысында әртүрлі рН ортаға ие болған бентонит гидрозолінің (БГЗ) флокуляциялануын зерттеу мақсат етіп қойылды. Өйткені табиғи лайлы, сондай-ақ әртүрлі тұрмыстық, өндірістік қалдық сулардың құрамында ең қиын тұнбаға түсуші майда бөлшектердің басым көпшілігін сазды нанодисперс фаза құрайды. Ол майда бөлшектер қазіргі заманғы белгілі механикалық әдістермен, тіпті төмен молекулалық коагулянттардың қатысында да толық тұнбаға түспейді. Оның себебі, мұндай дисперс фазаның бөлшектері өте майда болуымен бірге теріс зарядқа, гидрофильдік қасиетке ие болады. Сонымен қатар мұндай жүйе әртүрлі ион күшіне, рН көрсеткішіне де ие, соның салдарынан дисперс фазаның да заряд мөлшері өзгеруімен бірге, қосылған ПЭ макроионының диссоциацияланушы қабілетінің өзгеруіне қарап, әсіресе күшті сілтілік немесе қышқылдық рН ортада конформациялық күйі тығыз оралған түрге өтеді [3]. Ол өз кезегінде макромолекуланың ұзындық өлшемін қысқартып қана қоймастан, диперс фазаның майда бөлшектерімен өзара әрекеттесуші белсенді, еркін функционал топтарының санының азаюына да себепші болады. Сол үшін мұндай жүйені тұндыру үдерісінде қолданылатын жоғары молекулалық қосылыстардың флокуляциялаушы-іріктендіруші қабілетінің рН ортаға қарап өзгеруін анықтауға теориялық және тәжірибелік тұрғыдан қажеттілік туындайды. Сондықтан дисперс фазасының майда бөлшектері теріс зарядты, әртүрлі рН көрсеткішті бентонит гидрозолі дайындалып, оның тұрақтылығының оң зарядты функционал тобы бар ПДМАЭМА*НСl қатысында қосылған ПЭ концентрациясына, тұнығу уақытына байланысты өзгеруі анықталды.
Кесте-1. Әртүрлі рН-тағы БГЗ-нің оптикалық тығыздығының, тұнба көлемінің және фильтрат сипаттамсының ПЭ концентрациясына байланысты өзгеруі
| СПЭ
мг/л |
Тұндыру уақыты, мин. | Фильтрат | ||||||||
| 15 | V, мл | 30 | 60 | 120 | V, мл | Д | hкелт. | c*10-3
ом-1см-1 |
рН | |
| рНБГЗ=1,50 | ||||||||||
| 0,00 | 0,65 | 9,00 | 0,60 | 0,51 | 0,41 | 7,00 | 0,00 | 0,00 | 20,70 | 1,50 |
| 0,25 | 0,57 | 12,00 | 0,46 | 0,11 | 0,08 | 10,20 | 0,00 | 0,00 | 21,50 | 1,55 |
| 1,00 | 0,11 | 13,20 | 0,09 | 0,08 | 0,04 | 11,90 | 0,00 | 0,00 | 21,60 | 1,50 |
| 1,75 | 0,07 | 14,20 | 0,05 | 0,04 | 0,02 | 12,00 | 0,00 | 0,00 | 20,70 | 1,47 |
| 2,50 | 0,03 | 14,30 | 0,01 | 0,00 | 0,00 | 13,00 | 0,00 | 0,00 | 20,90 | 1,45 |
| 5,00 | 0,02 | 16,90 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 15,00 | 0,00 | 0,00 | 21,60 | 1,45 |
| 10,00 | 0,01 | 20,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 16,00 | 0,00 | 0,00 | 20,70 | 1,45 |
| 15,00 | 0,12 | 15,00 | 0,09 | 0,08 | 0,07 | 13,50 | 0,00 | 0,01 | 21,40 | 1,42 |
| 25,00 | 0,36 | 13,00 | 0,27 | 0,22 | 0,20 | 11,00 | 0,00 | 0,05 | 20,70 | 1,46 |
| рНБГЗ = 4,00 | ||||||||||
| 0,00 | 1,08 | — | 1,05 | 0,75 | 0,70 | — | 0,42 | 0,00 | 0,270 | 5,07 |
| 0,25 | 1,06 | 3,00 | 0,92 | 0,71 | 0,60 | 1,00 | 0,38 | 0,00 | 0,173 | 5,01 |
| 1,00 | 0,21 | 9,00 | 0,19 | 0,13 | 0,08 | 5,80 | 0,02 | 0,00 | 0,160 | 4,75 |
| 1,75 | 0,11 | 9,70 | 0,09 | 0,06 | 0,03 | 8,70 | 0,01 | 0,00 | 0,176 | 4,80 |
| 2,50 | 0,07 | 9,90 | 0,05 | 0,03 | 0,01 | 8,90 | 0,01 | 0,00 | 0,182 | 4,90 |
| 5,00 | 0,04 | 11,00 | 0,03 | 0,01 | 0,00 | 9,90 | 0,00 | 0,00 | 0,190 | 4,84 |
| 10,00 | 0,07 | 14,50 | 0,04 | 0,02 | 0,01 | 13,00 | 0,00 | 0,00 | 0,216 | 4,78 |
| 15,00 | 0,18 | 10,00 | 0,14 | 0,06 | 0,03 | 9,90 | 0,02 | 0,02 | 0,234 | 4,33 |
| 25,00 | 0,77 | 7,00 | 0,72 | 0,49 | 0,35 | 5,50 | 0,05 | 0,06 | 0,262 | 4,20 |
| рНБГЗ =8,5 | ||||||||||
| 0,00 | 1,09 | — | 1,07 | 1,05 | 1,02 | — | 0,27 | 0,00 | 0,09 | 7,45 |
| 0,25 | 1,08 | — | 1,07 | 1,06 | 0,85 | — | 0,23 | 0,00 | 0,09 | 7,45 |
| 1,00 | 0,40 | 2,50 | 0,24 | 0,23 | 0,12 | 2,00 | 0,10 | 0,00 | 0,08 | 7,35 |
| 1,75 | 0,20 | 6,00 | 0,14 | 0,10 | 0,04 | 5,00 | 0,03 | 0,00 | 0,08 | 7,43 |
| 2,50 | 0,15 | 7,00 | 0,08 | 0,07 | 0,03 | 6,00 | 0,02 | 0,00 | 0,09 | 7,49 |
| 5,00 | 0,09 | 9,00 | 0,06 | 0,04 | 0,01 | 8,00 | 0,01 | 0,00 | 0,09 | 7,59 |
| 10,00 | 0,17 | 14,00 | 0,02 | 0,00 | 0,00 | 13,00 | 0,00 | 0,00 | 0,09 | 7,56 |
| 25,00 | 0,60 | 6,00 | 0,50 | 0,35 | 0,33 | 5,00 | 0,22 | 0,07 | 0,13 | 6,95 |
| рНБГЗ =12,00 | ||||||||||
| 0,00 | 1,05 | — | 1,02 | 1,02 | 0,96 | — | 0,24 | 0,00 | 1,11 | 11,33 |
| 0,25 | 1,04 | — | 1,03 | 0,92 | 0,90 | — | 0,13 | 0,00 | 0,96 | 11,30 |
| 1,00 | 1,03 | — | 1,02 | 0,94 | 0,92 | — | 0,10 | 0,00 | 1,24 | 11,59 |
| 2,50 | 1,01 | — | 1,00 | 0,92 | 0,90 | — | 0,06 | 0,00 | 1,29 | 11,57 |
| 5,00 | 1,01 | 0,75 | 1,00 | 0,92 | 0,89 | — | 0,06 | 0,00 | 1,29 | 11,59 |
| 10,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 0,91 | 0,88 | — | 0,05 | 0,00 | 1,23 | 11,49 |
| 15,00 | 1,00 | 1,50 | 0,97 | 0,94 | 0,83 | — | 0,29 | 0,02 | 1,29 | 11,49 |
| 25,00 | 1,04 | 1,00 | 0,98 | 0,95 | 0,90 | 1,00 | 0,35 | 0,00 | 1,57 | 11,59 |
Бентонит гидрозолінің тұрақтылығы ПДМАЭМА*НСl қатысында өзгеруі жүйенің оптикалық тығыздығы (Д), тұнба көлемі (V, мл), сондай-ақ салыстырмалы фильтрлену жылдамдығы (Uсал.) арқылы анықталды, ал әрекеттесу үдерісінің механизмі фильтраттың оптикалық тығыздығы (Д), тұтқырлығы (h), электр өткізгіштігі (c) және рН көрсеткішін өлшеу жолымен сипатталды (кесте). Нәтижелер БГЗ-нің оптикалық тығыздығының өзгеруі қосылған ПЭ концентрациясына, БГЗ-нің рН көрсеткішіне байланысты болатынын байқатады. Барлық өткізілген тәжірибелерде қосылған ПЭ концентрациясы асқан сайын негізінен бастапқыда оптикалық тығыздықтың кемуі байқалып, кейін қосылған концентрацияның артуымен біршама өсетінін көруге болады. Бірақ бұл заңдылық барлық рН-та бірдей көрініс бермейді. Әсіресе БГЗ-нің рН көрсеткіші 12-ге тең болғанда оптикалық тығыздықтың концентрацияға байланысты өзгеруі айқын байқалмайды. Ал
БГЗ-нің тұнба көлемі қосылған ПЭ концентрациясының артуымен бастапқыда өсіп, кейін біршама кемитідігін көрсетеді. Оптикалық тығыздық пен тұнба көлемінің концентрацияға байланысты мұндай өзгеруінің басты себебі, қосылған ПЭ концентрациясы артқан сайын БГЗ-нің флокуляциялану дәрежесі бастапқыда күшейеді. Әсіресе оңтайлы концентрация аралығында ең жоғары дәрежеге жетіп, коцентрация одан әрі артқанда бірте-бірте кемиді. Оның себебін оңтайлы концентрация аралығына дейін қосылған ПЭ макромолекуласы БГЗ майда бөлшектерін түгел флокуляциялауға жеткіліксіз, сондықтан бұл аралықта түзілген тұнба біршама майда толық іріленбеген флокулалардан түзіледі, нәтижеде оптикалық тығыздық та біршама жоғары деңгейде қалады, ал оңтайлы концентрация аралығында түзілген флокулалар әрі ірі, әрі пішінсіз болғандықтан тұнба көлемі үлкен, осы концентрация аралығында оптикалық тығыздық та ең кіші мәнге ие. Қосылған ПЭ концентрациясының одан әрі артуымен тұнба түзуші флокулалар бірте-бірте қайтадан майдаланады. Соның салдарынан түзілген тұнба көлемі біртіндеп кішіреюімен бірге оның бөлшектерінің беті адсорбцияланған макромо-лекуладан тұратын гидрофильденген қабықшамен қапталады, сол себепті сұйықтықтан ажырауы қиындап, нәтижеде тұнба бетіндегі сұйықтықтың оптикалық тығыздығының біршама өсуіне алып келеді. Бірақ бұл құбылыстың БГЗ-нің рН көрсеткішіне де белгілі дәрежеде тәуелді екендігін көру қиын емес. Әсіресе БГЗ рН көрсеткіші сілтілік ортада болғанда бұл құбылыс айқын байқалады. Мұндай заңдылықты БГЗ-нің қосылған ПЭ концентрациясына байланысты фильтрлену үдерісін өлшегенде де көруге болады. Негізінен қосылған ПЭ концентрациясы артқанда БГЗ фильтрлену жылдамдығы бастапқыда өсіп, оңтайлы концентрациядан кейін әсте кемиді. Бұл оптикалық тығыздықтың, тұнба көлемінің өзгеруімен біршама сәйкестік барлығынан дерек береді. Бірақ оңтайлы концентрация аралығында фильтрлену жылдамдығының өзгеруі де БГЗ рН көрсеткішімен байланысты. Фильтрлену жылдамдығы әлсіз қышқылдық, әлсіз сілтілік, әсіресе бейтарап ортада ең жоғары мәнге ие. Ал барлық қосылған концентрация аралығында фильтрлену жылдамдығы ең күшті қышқылдық, негіздік ортада керісінше, аз болатындығымен ерекшеленеді. Мұндай заңдылықтың келіп шығуы екі түрлі себепке байланысты, күшті қышқылдық ортада БГЗ тұрақсыздық күйде болса, күшті сілтілік ортада керісінше ең жоғары тұрақтылық күйде болады. Себебі, сілтілік рН аралығында БГЗ дисперс фазасы майдаланған және гидрофильденген бөлшектерден тұрады. Соның салдарынан, бұл күйдегі майда бөлшектерді ірілендіру үшін макромолекуланың қабілеті жеткіліксіз, оған қоса осы рН орталарда қосылған ПЭ макромолекуласы дисперс бөлшектермен әрекеттесуге дейінгі аралықта оралған күйге тез өтіп, ұзындық өлшемінің азаюынан макротізбектің бойындағы әрекеттесуге қабілетті функционал топтардың саны кемиді, сол себепті іріктендіргіштік қабілеті күрт төмендейді. Сонымен қатар іріленуші майда бөлшектердің арасында көпірше түзу қабілеті де әлсірейді.Сурет-1. Әртүрлі рН-тағы БГЗ-нің салыстырмалы фильтрлену жылдамдығының (Uсал.) ПЭ концентрациясына байланысты өзгеруі
Әртүрлі рН-қа ие болған БГЗ-нің қосылған ПЭ-пен өзара әрекеттесуіндегі ерекшеліктер фильтраттың оптикалық тығыздығын, тұтқырлығын, электр өткізгіштігін, рН көрсеткішінің сандық мәндерін сараптағанда да көруге болады. Негізінен барлық рН және концентрация аралығында меншікті тұтқырлықтың сандық мәндері нөл немесе нөлге жақын, ал оптикалық тығыздық оңтайлы концентрацияда ең төмен мәнге ие болады. Сонымен қатар БГЗ-нің рН көрсеткіші тек бейтарап ортаға тең болғанда қосылған БГЗ концентарциясының өсуімен фильтраттың рН көрсеткіші максимум арқылы өтеді. Бұл БГЗ майда бөлшектері мен макроионының өзара әрекеттесуі адсорбциялы ион алмасу арқылы жүретінінен дерек береді [4]. Бірақ бұл үдерістің БГЗ-нің басқа рН-ында көрініс табуы біршама айқын байқалмайтындығын көру қиын емес.
Өткізілген тәжірибелер негізінде анықталған нәтижелер мен заңдылықтар ПДМАЭМА*НСl ПЭ-ін өндірісте, шаруашылықта флокулянт немесе құрылымдаушы ретінде, ал білім беру үдерісінде экологиялық, коллоидтық, жоғары молекулалық қосылыстар химиясы пәндерінен өтілетін теориялық, зертханалық сабақтарды оқытуда пайдалану арқылы білімгерлер мен магистранттардың қазіргі заманға сай ғылыми-теориялық және тәжірибелік тұрғыдан көзқарастарын қалыптастыруда маңызды орын алатындығы сөзсіз.
Әдебиеттер
- Ю.И. Вейцер, Д.М. Минц, Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки природных и сточных вод. 2-е изд. М.: Стройиздат 1984г.
- А.К. Запольский, А.А. Баран Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды: Свойства. Получение. Применение. М.: Химия, 1987, С.
- Николаев А.Ф., Охрименко Г.И. Водорастворимые полимеры.-Л.: Химия,1979.-С.3
- К.С. Ахмедов, А.А. Асанов и др. Устойчивость и структурообразование в дисперсных системах. Изд. ФАН УзССР, 1976, С.108.