РАЗДЕЛ 2
О МЕХАНИЗМЕ СОРБЦИИ ПЕНОПОЛИУРЕТАНОМ ЖИРОВ, СОДЕРЖАЩИХСЯ В СТОЧНЫХ ВОДАХ
МЯСОМОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
2.1. Структура эластичных пенополиуретанов на основе сложных и простых
полиэфиров окиси пропилена
Краткость имеющихся сообщений о результатах использования ЭППУ для очистки
сточных вод от органических примесей, в частности, от масел и жиров, не
позволяет определить условия и эффективность их применения для конкретных
условий. В то же время, опубликованные сведения о свойствах и характеристиках
ЭППУ предопределяют перспективность их применения в качестве сорбента для
определенных категорий сточных вод [87, 90-94, 109, 116].
Пенополиуретаны (ППУ) получают при взаимодействии ди- или полиизоцианатов с ди-
или многоатомными спиртами [117-121]:
nOCN–R–NCO + nHO–R'–OH ® OCN[–R–NHCOO–R'–OCONH–]n-1R– –NHCOO–R'–OH
ЭППУ содержат в основной цепи повторяющиеся в сильной степени полярные
уретановые группы ОСОNH.
Химическое строение полиуретановых цепей и наличие различных функциональных
групп определяют большие возможности для образования различных связей с
молекулами различных веществ. Особенно велика роль водородных связей, так как
протонодонорная группировка N - H в уретановой группе и протоноакцепторные
атомы кислорода определяют возможности водородного связывания.
Преимущественный тип водородных связей определяется многими факторами, в том
числе относительной электродонорной способностью, относительным содержанием и
пространственным расположением протоноакцепторных групп в полимерной цепи.
Рассматривая отношение полярных и неполярных компонентов органических примесей
к пенополиуретану можно отметить следующее. Наличие протоноакцепторных атомов
кислорода в структуре ЭППУ обеспечивает возможность водородного связывания
карбоксилсодержащих компонентов органических примесей исследуемых стоков.
Фенильный радикал (донор электронов), входящий в структуру полимера,
способствует усилению поляризации сложноэфирных карбонильных групп полимерной
цепи, а, следовательно, образованию более прочной водородной связи с
карбоксилом кислотных компонентов органических примесей. В образовании Н-связи
могут участвовать также водороды уретанового звена (свободные N-H группы) и
карбонильные группы полярных компонентов органических веществ.
Наличие многих функциональных групп в полиуретановой цепи приводит также к
значительным Ван-дер-Ваальсовым взаимодействиям.
2.2. Исследование механизма сорбции пенополиуретаном жиров, содержащихся в
сточных водах мясомолочной промышленности
Явления, касающиеся механизма сорбции масел на ППУ описываются в работах
[118-128].
Так, например, исследуя структурные превращения линейного полиуретана
[– ОСОNH(CH2)6 – NHCOO(CH2)4 – O(CH2)4 – ]n
методом ИК-спектроскопии, авторы определили, что в полученных спектрах
кристаллической пленки полосы, характеризующие уретановые группировки –ОСОNH-,
легко интерпретируются по аналогии с полосами в спектрах полиамидов. Тип связи
в полиуретанах определяется соответствующими постоянными ассоциации и
относительным содержанием протоноакцепторных групп в полимерной цепи.
Установлено, что уретановые полимеры могут содержать самые различные группы:
углеводородные, уретановые, ароматические, простые эфирные и сложноэфирные.
Простые эфирные группы придают звеньям полиэфира гибкость, а ароматические –
жесткость. За счет ароматических и сложноэфирных групп создаются умеренные силы
молекулярного взаимодействия, а за счет уретановых групп создаются намного
большие силы молекулярного взаимодействия.
Способность различных групп влиять на молекулярное взаимодействие можно
показать на примере молярной энергии когезии (табл. 2.1) [121]:
Таблица 2.1
Молярная энергия когезии различных функциональных групп ЭППУ
Группа
-СН2-
-О-
-СОО-
-С6Н4-
-ОСОNH-
Энергия когезии, кДж/моль
2,85
4,18
12,14
16,32
36,58
Высокие значения энергии когезии указывают на притяжение ППУ как полярных, так
и неполярных компонентов жиров.
В работах [121-123] изучена диэлектрическая релаксация и ее изменение в
зависимости от количества уретановых групп. Отмечается, что высокие
физико-механические свойства уретановых эластомеров определяются сильным
молекулярным взаимодействием и, в частности, наличием межмолекулярных
водородных связей.
При взаимодействии полярных молекул с поверхностью полярных тел существенную
роль играет притяжение противоположно-ориентированных диполей, образующих
структуру адсорбента, и молекулярных диполей адсорбирующегося вещества. Кроме
ориентационного эффекта адсорбцию может вызвать индукционный эффект.
Приближение диполя к поверхности вызывает смещение зарядов, соответствующее
появлению в нем как бы зеркального отображения диполя.
Причиной адсорбции неполярных компонентов является дисперсионное
взаимодействие. Неполярные молекулы в результате колебаний распределения
электронной плотности обладают мгновенным дипольным моментом. При сближении
двух молекул взаимная ориентация их мгновенных дипольных моментов, приводящая к
притяжению молекул, оказывается более вероятной, чем взаимная ориентация,
приводящая к межмолекулярному отталкиванию.
Ребиндер П.А. [125], изучая влияние химической природы адсорбтива на его
способность адсорбироваться, сделал следующий вывод: вещество С может
адсорбироваться на поверхности раздела фаз А и В, если оно в результате своего
присутствия в поверхностном слое будет уравнивать разность полярностей этих
фаз. Адсорбция будет идти, если полярность вещества С, характеризуемая,
например, диэлектрической проницаемостью, будет находиться между полярностями
веществ А и В, то
- Київ+380960830922