Synthesis and Application of Some Ionic Polymers as Antiscalants and Components for Aqueous Two-Phase Systems

Abstract

تمت البلمرة الحلقية لمادة ايثيل 3- (ن ، ن – ثنائي أليل أمونيو) بروبان فوسفونات (I) - وهو مونومر ذو شحنة ثنائية القطب – مع ثاني أكسيد الكبريت باستعمال أزو – بيس – آيسو بيوتيل نيتريل أو بيرسلفات الأمونيوم كمادة بادئة لينتج من ذلك متعدد الفوسفونو بيتائين / ثاني أكسيد الكبريت (II) المتجاوب مع درجة الحموضة . ومع معالجة هذا البوليمر بحامض الهيدروكلوريك أو هيدروكسيد الصوديوم نتجت محاليل مائية للمواد المقابلة لها وهي مادة حامض البولي فوسفونيك الكتيونية أو مادة البولي فوسفونات الأنيونية . وقد تمت دراسة بوليمر الفوسفونو بيتائين / ثاني أكسيد الكبريت (II) التي تمتلك وظيفتين متعلقتين بالتفاعل مع درجة الحموضة وذلك باستخدام طرق قياس فرق الجهد وطرق قياس اللزوجة. وقد وجد أن عوامل القاعدية لمجموعات الأمين والفوسفونات في مادة البولي فوسفونات السالبة كانت ظاهرية وتتبع معادلة هندرسون- هاسلبلخ المعدلة . كما تمت البلمرة الحلقية لمادة ن ، ن – ثنائي أليل – 3- (ثنائي ايثيل فوسفوناتو) بروبيل كلوريد الأمونيوم (IV) - وهو مونومر موجب – في محلول مائي باستعمال ت – بيوتيل هيدرو بيروكسيد أو بيرسلفات الأمونيوم كمادة بادئة لينتج من ذلك متعدد الالكترولايت الموجب (V) الذي يتضمن مجموعة (ثنائي ايثيل فوسفوناتو) بروبيل . وبمعالجة متعدد الالكترولايت الموجب بالتحلل المائي الحمضي لمجموعة ثنائي الإستر نتجت مادة متجاوبة مع درجة الحموضة هي متعدد الحامض ثنائي القطبية الأيونية (VI) وبمعالجته بمعادل أو معادلين من مادة هيدروكسيد الصوديوم نتجت مادة متعدد الالكترولايت السالب/الثنائي القطب (VII) ومادة متعدد الالكترولايت ذو الشحنة الثنائية السالبة (VIII) على التوالي. وقد تمت دراسة تفصيلية لخصائص محاليل المواد (V-VIII) بطريقة قياس اللزوجة . ولهدف المقارنة فقد تمت دراسة العلاقة بين خصائص محاليل هذه المتعددات و خصائص مادة متعدد الأيونات ثنائية القطبية ( بولي زويترأيون ) (III) التي تحتوي على مجموعات ( أحادي إبثيل فوسفونات ) و (NH+) . وحين تم تقييم الأداء لمادة متعدد الالكترولايت ذو الشحنة الثنائية السالبة (VIII) لتطبيقات التناضح العكسي للماء شديد الملوحة وبتركيز 10 أجزاء في المليون فقد تبين أنها مادة فعالة لمنع تكلس كبريتات الكالسيوم . ولأول مرة تم إنشاء رسوم بيانية لأنظمة ثنائية الطور لمتعدد ايثيلين جلايكول المائي-IV في وجود عدة مستويات من هيدروكسيد الصوديوم . وقد تمت البلمرة الحلقية للمونومر الموجب (IV) مع ثاني اكسيد الكبريت باستعمال أزو – بيس – آيسو بيوتيل نيتريل كمادة بادئة لتنتج مادة متعدد الالكترولايت الموجب (IX) الذي يتضمن مجموعة (ثنائي ايثيل فوسفوناتو) بروبيل . وبمعالجة هذه المادة بالتحلل المائي الحمضي لمجموعة ثنائي الإستر نتجت مادة مستجيبة مع درجة الحموضة هي متعدد الحامض ثنائي القطبية الأيونية (X) وبمعالجته بمعادل أو معادلين من مادة هيدروكسيد الصوديوم نتجت مادة متعدد الالكترولايت السالب/الثنائي القطب (XI) ومادة متعدد الالكترولايت ذو الشحنة الثنائية السالبة (XII) على الترتيب . وقد تمت دراسة تفصيلية لخصائص محاليل المواد (IX-XII) باستعمال طرق قياس اللزوجة. ولهدف المقارنة فقد تمت دراسة الترابط بين خصائص محاليل هذه البوليمرات وخصائص بوليمرات مشابهة متعددة الأيونات ثنائية القطبية (بولي زويترأيون) (II) . وحين تم تقييم الأداء لتطبيقات التناضح العكسي لماء شديد الملوحة فقد تبين أنها مادة فعالة لمنع ترسبات كبريتات الكالسيوم عند تركيز 10 أجزاء في المليون . ولأول مرة تم إنشاء رسوم بيانية لأنظمة ثنائية الطور لمتعدد ايثيلين جلايكول المائي-X في وجود عدة مستويات من هيدروكسيد الصوديوم . تم أيضا تركيب مادة حامض جديد متعدد الأيونات ثنائية القطبية (XIII) باستعمال البلمرة الحلقية لمادة هيدروجين – 3 – (ثنائي ألليل أمونيو) متعدد الفوسفونات (XIV) مع 1،1،4،4 – رباعي أليل بابريزينيوم ثنائي الكلوريد ( 10 مول %) ( XVI )، وهو مادة ترابط بيني، و ثنائي أكسيد الكبريت في وجود أزو – بيس – آيسو بيوتبل نيتريل. وبمعالجة المادة (XIII) بهيدروكسيد الصوديوم تحولت إلى مادة مترابطة بينية هي متعدد الالكترولايت السالبة ( XV ) . وقد اشارت النتائج التجريبية لامتزاز أيون الرصاص وأيون النحاس على مادة متعدد الالكترولايت السالبة وبعد تثبيتها على نموذج لاجرجين ونموذج خط التحاور للانجموير من الدرجة الثانية ونموذج خط التحاور لفريوندلج أن سعة الامتزاز لأيون الرصاص أكبر منها لأيون النحاس ولكن معدل الامتزاز للنحاس اكبر من معدل الامتزاز للرصاص . وقد كانت عملية الامتزاز لحظية وماصة للحرارة كما كانت طاقة جبز الحرة سالبة وطاقة الانثالبي موجبة . وتشير طاقة التنشيط المنخفضة للنحاس ( 12.8 كيلوجول للجزيء ) والرصاص (17.9 كيلوجول للجزيء ) إلى أن عملية الامتزاز هي عملية مواتية . كما أشارت فعالية عملية الامتزاز وعكسها إلى فعالية الراتنج في استرداد أيون المعدن من المحلول المائي . ولهذا فإن عملية تركيب فعالة للحصول على الراتنج سوف تزيد القدرة على معالجة المياه الملوثة. وقد تم تركيب سلسلة من مواد متعددة سكسيناميد (XV) بأوزان جزيئية مختلفة في ظروف تحلل مائي أو تحلل أميني وفي وجود مستويات متعددة من بيروليدين و بايبريدين و أزيبين و تم تحويلها إلى مادة متعددة أسبارتيت الصوديوم (XVI) و بيروليدين (XVII) و بايبريدين (XVII) و أزيبين- أميد (XIX). وتم تقييم المواد XVI –XIX لتقييم أدائها في منع التكلس فوجد أن لها فعالية عالية في منع تكلس كبريتات الكالسيوم .