پلی‌الکترولیت‌ها که با نام الکترولیت‌های پلیمری نیز شناخته می‌شوند، پلیمرهای محلول در آبی هستند که شامل گروه‌های یونی با بار مثبت و منفی هستند؛ یعنی کاتیون‌ها (بار مثبت) و آنیون‌ها (بار منفی). در واقع این مواد پلیمرهایی هستند که هر واحد تکرار شونده آنها دارای یک گروه الکترولیت است. این گروه‌های الکترولیت، در محلول‌های آبی تجزیه و تفکیک شده و در نهایت یون‌های مثبت و منفی را به وجود می‌آورند. این که پلی الکترولیت چیست، چه انواعی دارد و در چه مواردی به کار برده می‌شود، موضوعی است که به طور کامل در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است.
خواص پلی الکترولیت مشابه خواص الکترولیت‌ها (به طور کلی همان نمک‌ها) و پلیمرها (ترکیباتی با وزن مولکولی بالا) است؛ به همین دلیل است که گاهی اوقات پلی نمک نیز نامیده می‌شود. پلی الکترولیت‌ها مانند نمک‌ها، در حالت محلول، رسانای الکتریکی بوده و مانند پلیمرها، محلول‌های آنها اغلب حالت چسبنده‌ای دارند.
پلی الکترولیت‌ها می‌توانند مواد طبیعی مانند آلژینات‌ها، کاراگینان، کربوهیدرات‌ها، کیتوزان، پکتین و اسیدهای نوکلئیک (DNA) یا مواد مصنوعی مانند اسید اکریلیک، پلی وینیل آمین، پلی وینیل سولفونیک اسید و پلی وینیل پیریدین باشند. پلی الکترولیت‌هایی که تفکیک نشده باشند و هم بارهای مثبت و هم بارهای منفی را حمل کنند (خنثی باشند)، به عنوان پلی آمفولیت شناخته می‌شوند؛ مانند پروتئین‌ها.
هنگامی که پلی الکترولیت‌ها در آب حل شده و در نهایت تفکیک شوند، یک نوع بار روی پلیمرها (پلییون‌ها) باقی مانده و همین اتفاق باعث می‌شود یون‌های آنیون و کاتیون در سراسر محلول پخش شوند. این فرآیند مانند تجزیه و سپس پخش شدن یکنواخت یون‌های مثبت و منفی الکترولیت‌هایی مانند نمک طعام (NaCl) و کلرید هیدروژن (HCl) در آب است.
یکی از کاربردهای اصلی پلی الکترولیت‌ها نقشی است که در زیست شناسی و بیوشیمی ایفا می‌کنند. بسیاری از مولکول‌های بیولوژیکی مانند پلی پپتیدها (به طور کلی تمامی پروتئین‌ها) و پلی الکترولیت هستند.
مزایای پلی الکترولیت
- غلیظ تر بودن لجن تولیدی در مقایسه با لجن تولیدی سولفات آلومینیوم (زودتر خشک می شود)
- حجم لجن تولیدی کمتر می باشد
- کم بودن خاصیت اسیدی لجن تولیدی در مقایسه با آلوم
- عدم نیاز به مواد تنظیم کننده PH
- عدم افزایش TDS آب
- موثر در حذف برخی از میکرو ارگانیسم ها
انواع پلی الکترولیت چیست؟
همانطور که گفتیم، پلی الکترولیت‌ها پلیمرهایی هستند که از واحدهای تکرار شونده که هر کدام از آنها شامل یک گروه الکترولیت هستند تشکیل شده‌اند. به طور کلی سه نوع پلی الکترولیت وجود دارد:
- پلی کاتیون‌ها یا پلی الکترولیت‌های کاتیونی
- پلی آنیون‌ها یا پلی الکترولیت‌های آنیونی
- پلی الکترولیت‌های غیر یونی یا پلی الکترولیت‌های خنثی
بسته به اینکه بار الکتریکی پلی‌الکترولیت‌ها هنگام اضافه شدن به آب، منفی، مثبت یا خنثی باشد، به سه دسته آنیونی، کاتیونی و غیریونی طبقه‌بندی می‌شوند. در ادامه به بررسی جزئیات بیشتری در مورد هرکدام از انواع این پلیمر خواهیم پرداخت.
پلی کاتیون‌ها یا پلی الکترولیت‌های کاتیونی
پلی‌الکترولیت‌های کاتیونی، پلیمرهایی هستند که دارای بخش‌هایی با بار مثبت بوده و به عبارتی، نقطه مقابل و یا مکمل پلی الکترولیت‌های آنیونی هستند. رایج‌ترین گروه‌های عاملی در این دسته از پلی الکترولیت‌ها گروه‌های آمونیوم، فسفونیوم و ایمیدازولیوم هستند.
به طور کلی، می‌توان پیوندهای متقاطع فیزیکی را در این پلیمرها مشاهده کرد. اینگونه پیوندها از طریق فرآیندها و واکنش‌های الکترواستاتیکی رخ می‌دهند که اغلب به عنوان واکنش‌ها و فرآیندهای فوق مولکولی شناخته می‌شوند.
به طور معمول، برهم‌کنش‌های الکترواستاتیک به اندازه پیوندهای کووالانسی قوی نیستند؛ با این حال، این برهم‌کنش‌های الکترواستاتیک می‌تواند پلی الکترولیت‌های کاتیونی با خواص ویژه‌ای مثل انتقال حرارت بالاتر و ویژگی‌های مکانیکی مناسب‌تری نسبت به پلیمرهای غیر یونی داشته باشند.
علاوه بر این‌ها، پلی الکترولیت‌های کاتیونی در تصفیه آب و فاضلاب، تولید مواد ضد میکروبی و انتقال ژن غیر ویروسی نیز مفید هستند. این ویژگی‌های پلی کاتیون‌ها عمدتا به خاطر وزن مولکولی، بار مثبت و چگالی بار است.
پلی آنیون‌ها یا پلی الکترولیت‌های آنیونی
پلی‌الکترولیت‌های آنیونی در مقابل پلی کاتیون‌ها قرار دارند. این مواد پلیمرهایی حاوی بخش‌هایی با بار منفی هستند که در هر واحد تکرار شونده آنها وجود دارند. انواع مختلفی از پلی الکترولیت‌های آنیونی وجود دارد؛ به طور مثال پلیمرهای مبتنی بر آکریل آمید که به عنوان رایج‌ترین شکل پلی الکترولیت‌های آنیونی شناخته می‌شوند. همچنین وجود گروه‌های سولفونیک در این مواد می‌تواند آنها را نسبت به pH حساس کند.
پلی الکترولیت‌های آنیونی به طور وسیع به عنوان لخته سازها، عوامل کنترل کننده رئولوژی و چسب به کار می‌روند. علاوه بر این، این مواد پلیمری در تصفیه پساب‌های شهری و پساب‌های صنایع از جمله فرآوری مواد معدنی، استفاده می‌شود. برخی کاربردهای مهم دیگر این نوع از پلی الکترولیت‌ها شامل بازیافت روغن، حذف رنگ و ساخت کاغذ است.
تفاوت پلی الکترولیت کاتیونی و آنیونی
مهم‌ترین و کلیدی‌ترین تفاوت میان پلی الکترولیت‌های کاتیونی و آنیونی در این است که پلی الکترولیت‌های کاتیونی (پلی کاتیون‌ها) می‌توانند در محلول‌های آبی تفکیک و تجزیه شده و گونه‌های پلیمری با بار مثبت تشکیل دهند؛ در حالی که پلی الکترولیت‌های آنیونی (پلی آنیون‌ها) پس از تجزیه و تفکیک، گونه‌های پلیمری با بار منفی را ایجاد می‌کنند.
پلی الکترولیک نانیونیک: پلی الکترولیت‌های غیر یونی یا پلی الکترولیت‌های خنثی
این محصولات وزن مولکولی بالایی دارند و بر پایه پلی آکریل آمید تشکیل شده‌اند. پلی الکترولیت‌های غیر یونی نیز کاملا در آب محلول هستند. آنها به عنوان لخته سازهای کمکی در فرآیندهای متفاوتی استفاده می‌شوند که برخی از آنها به صورت زیر است:
- لخته سازی سوسپانسیون‌های کلوئیدی
- شفاف سازی آب و فاضلاب
- آبگیری لجن
- تغییر رنگ آب خاکستری
این مواد به‌عنوان لخته‌کننده عمل می‌کنند که بار ذرات زباله‌های مایع را حذف یا کاهش می‌دهند. از آنجا که ذرات موجود در پساب ها معمولا دارای بار مثبت هستند و لخته کننده های اصلی مورد استفاده نیز نمک های آهن یا آلومینیوم هستند، از نمونه آنیونی برای این منظور استفاده می شود.
برای خنثی سازی بار، پلی الکترولیت ها باید به سطح ذرات جذب شوند (جذب لخته). البته به شرطی که برای جذب مناسب پلیمرها روی ذرات کلوئیدی، اختلاط کافی و قوی باشد.
شباهت پلی الکترولیت‌های غیر یونی و آنیونی
هر دو پلیمرهای آنیونی و غیر یونی در تصفیه آب و فاضلاب کاربرد دارند. این دو نوع پلی الکترولیت به سطح ذرات موجود در فاضلاب می چسبند و هنگامی که یک یا چند ذره در طول پلیمر متصل شوند، یک پل تشکیل می‌شود. ذراتی که پل تشکیل داده‌اند، به دیگر ذرات پل در طول فرآیند تف جوشی متصل شده و در نهایت به راحتی با ته نشینی حذف می‌شوند.
تزریق محلول‌های پلی الکترولیت در آب یا لجن در نقطه‌ای انجام می‌شود که تلاطم شدید وجود داشته باشد. این کار باعث می‌شود که ترکیب و اتصال پلی الکترولیت‌ها با ذرات اضافی موجود در آب تقویت شود. اگر مخلوط شدن تا حد نیاز کافی نباشد، پلیمر به اصطلاح شده و آب به خوبی تصفیه نخواهد شد.
کاربردهای پلی الکترولیت
از این ماده در صنایع متنوع و متعددی استفاده می شود که تصفیه آب، بازیافت نفت، حذف رنگ، کاغذسازی، پردازش مواد معدنی، تصفیه آب و فاضلاب، تصفیه پساب های صنعتی، حفاری، رنگرزی، چرم سازی، تولید سم برای کشاورزی و … تنها گوشه ای از آن هستند.
برخی دیگر از کاربردهای این ماده به اختصار عبارت است از:
- کمک منعقد کننده در فرآیند زلال سازی آب خام در تولید آب آشامیدنی و صنعتی
- منعقد سازی جامدات معلق و كلوئیدها در فرآیندهای شکر و تغلیظ مایعات
- جداسازی جامدات و تركیبات آلی در آب برگشتی سیستم های تبرید و حرارتی
- جداسازی جامدات، روغن و گریس و اكسیدهای نامحلول در تصفیه آب برگشتی از بخش نورد در صنعت فولاد
- حذف رنگ، مواد جامد معلق و كلوئیدها در صنایع تولید محصولات پتروشیمی
- منعقد کننده در سیستم های تصفیه پساب های صنعتی و بهداشتی
- کمک به جذب بهتر آب و افزایش ضریب جذب آب به خاک در صنعت کشاورزی
پلی الکترولیت‌ها در صنایع کاغذ سازی
کمک نگهدارنده‌های آکریل آمید آنیونی کاربرد بسیار گستره و مهمی در کاغذسازی دارند. این مواد اغلب برای کاغذسازی قلیایی استفاده می شوند؛ اما می‌توانند در شرایط اسیدی نیز به کار روند. مهم‌ترین نکته این است که باید از پلی الکترولیت کاتیونی مناسب استفاده کرد تا به عنوان نقاط لنگر برای کمک نگهدارنده آنیونی عمل کند. موادی مانند پلی دی متلامونیوم-اپی کلروهیدرین (پلی آمین)، پلی دی آلیل دی متیل آمونیوم کلرید و رزین‌های کاتیونی با استحام، می‌توانند در فرآیند نگه داشتن نمونه‌های آنیونی این ماده کمک کننده باشند.
دلیل استفاده از الکترولیت در خاک چیست؟
افزودن پلی الکترولیت کاتیونی یا همان پلی کاتیون به کانستراکتوزم، می‌تواند به طور کامل سنگ‌های بزرگ موجود در خاک را از بین ببرد. در حالی که افزودن پلی آنیون‌ها تقریبا هیچ تأثیری بر تغییر اندازه ذرات موجود در خاک ندارد.
استفاده از این مواد کاتیونی در خاک به طور قابل توجهی میزان مواد ارزشمند از نظر زراعی را در ترکیب خاک را افزایش می‌دهد. در نهایت رشد و نمو گیاهان و محصولات زراعی تحریک می‌شود.
پلی الکترولیت تصفیه فاضلاب
امروزه آلودگی محیط زیست یکی از خطرناک‌ترین بحران‌های زیست محیطی است که با آن روبرو هستیم. ناخالصی‌ها و ذرات مضر موجود در آب، تهدید بزرگی برای زندگی موجودات زنده هستند. ناخالصی‌ها به صورت محلول و معلق در آب وجود دارند. این ناخالصی‌ها باعث می‌شوند که روش‌های متفاوتی برای تصفیه آب و فاضلاب به کار برده شود.
ناخالصی‌های معلق موجود در آب به طور طبیعی تجزیه ناپذیر هستند؛ به همین دلیل حذف سوسپانسیون موجود در آب و فاضلاب ضرورت ویژه‌ای پیدا می‌کند. روش انعقاد لخته سازی، راه حلی پایدار برای تصفیه و از بین بردن آلودگی آب‌های سطحی، زیرزمینی و پساب‌های صنعتی است.
در این روش، از منعقد کننده‌های معدنی مانند سولفات آلومینیم یا آلوم برای انعقاد لخته سازی استفاده می‌شود؛ اما به کار بردن دوز بالایی از منعقد کننده‌های معدنی، مشکلات زیادی مانند به همراه داشتن نتایج ضعیف و تولید مقادیر زیاد لجن را به وجود می‌آورند. برای حل اینگونه مشکلات، پلی الکترولیت‌های آلی همراه با منعقد کننده‌های معدنی برای تصفیه آب و فاضلاب استفاده می‌شوند.
دوز مورد نیاز این مواد برای استفاده در تصفیه انواع آب و فاضلاب صنعتی همراه با منعقد کننده‌های معدنی بسیار کم است؛ بنابراین می‌توان مسمومیت ناشی از پلی الکترولیت‌ها را نادیده گرفت. این روش در نهایت آسیب کمتری به محیط زیست وارد کرده و به عبارت دیگر دوستدار محیط زیست است.
همانطور که گفتیم، لخته‌سازهای پلیمری ارگانیک به دلیل توانایی آنها در لخته‌سازی با دوز نسبتا کم، امروزه بیشترین استفاده را دارند؛ اما عدم تجزیه پذیری زیستی آنها و پراکندگی مونومرهای مضر در منابع آب باعث می‌شود تمرکز روی پلیمرهای زیستی که دوستدار محیط زیست هستند، بیشتر شود.
با این حال یکی از مهم‌ترین مشکلات پلیمرهای زیستی نیز این است که ماندگاری کوتاه‌تری داشته و نسبت به فلوکولانت‌های پلیمری آلی به دوز بالاتری نیاز دارند. برای رفع این مشکل نیز، راه‌حل‌های ترکیبی در حال توسعه هستند. این روش‌های جدید که در آن پلیمرهای مصنوعی به پلیمرهای طبیعی پیوند داده می‌شوند تا لخته‌کننده‌های مناسب‌تری برای تصفیه آب ایجاد شود، شامل نقاط قوت هر دو روش قبلی هستند.
فلوکولانت چیست؟
فلوکولانت‌ها موادی هستند که باعث افزایش تجمع ذرات ریز موجود در محلول می‌شوند. پس از تجمع ذرات، لخته‌ای ایجاد می‌شود که یا به سطح شناور می‌شود (فلوتاسیون) یا به پایین ظرف می‌رود (رسوب). بعد از این فرآیند، می‌توان به راحتی ذرات را از مایع خارج کرد. فلوکولانت‌ها می‌توانند آلی یا معدنی باشند. این مواد بسته به نوع بار، چگالی بار، وزن مولکولی و اشکال مختلف می‌توانند متفاوت باشند.
پلی اکریل آمید
پلی آکریل آمید (PAM) با وزن مولکولی بالا اغلب برای موارد زیر در حجم بالا به کار برده می‌شود:
- لخته ساز در تصفیه آب و فاضلاب
- حالت دهنده خاک
- یک اصلاح کننده ویسکوزیته
- کاهش دهنده اصطکاک در بازیافت روغن و شکستگی هیدرولیکی
این کاربردهای پلی آکریل آمید می‌تواند منجر به بروز چالش‌ها و مشکلات زیست محیطی مهم، هم در مدیریت آب و هم در آلودگی منابع آب محلی، پس از نشت‌های تصادفی شود.
پلی اکریل آمید آنیونی
پلی آکریل آمید آنیونی نام عمومی گروهی از ماکرومولکول‌هایی با وزن مولکولی بسیار بالا است که توسط پلیمریزاسیون رادیکال آزاد آکریل آمید و یک کومونومر باردار آنیونی است. در نتیجه فرآیند پلیمریزاسیون به طور عمده نمک سدیم اسید اکریلیک و آکریلات سدیم تولید می‌شود.
پلی آکریل آمید آنیونی به عنوان کمک نگهدارنده
پلی اکریل آمید آنیونی که اغلب به عنوان کمک نگهدارنده به کار برده می‌شود، معمولا دارای جرم مولکولی در محدوده 5 تا 20 میلیون گرم بر مول است.
مورد دیگر فرم تحویل این مواد به آسیاب است. اگرچه کمک نگهدارنده آنیونی را می‌توان به صورت دانه‌های جامد یا محلول به آسیاب تحویل داد، اما استفاده از آنها به عنوان امولسیون آب در روغن محبوبیت و کاربرد بیشتری دارد.
قبل از اینکه بتوان از چنین محصولات امولسیونی استفاده کرد، باید آنها را با نسبت 100 به 1 به همراه هم زدن زیاد ترکیب کرد. همچنین زمان زیادی (حداقل نیم ساعت) نیاز است تا مولکول‌های منفرد خود را باز کرده و به پتانسیل کامل خود به عنوان کمک نگهدارنده برسند.
مونومرهای مورد استفاده در تهیه اینگونه کمک نگهدارنده‌ها، آکریل آمید و اکریلیک اسید هستند. اکریلیک اسید معمولا به شکل نمک سدیم مربوطه در فرمول نهایی کمک نگهدارنده وجود دارد.
پلی الکترولیت مایع
پلی‌الکترولیت مایع پلیمری محلول در آب است که ساختار آن در طول زنجیره پلیمری ثابت مانده است. بسته به بار به وجود آمده، این پلیمرها می‌توانند آنیونی یا کاتیونی باشند. این نمونه‌ها در طیف وسیعی از وزن‌های مولکولی و چگالی بار در دسترس هستند.
انتخاب صحیح
برای انتخاب صحیح نوع پلی الکترولیت، باید به بار الکتریکی کلوئیدهای معلق در محلول توجه نمایید. در صورتی که محلول شما و کلوئیدها فاقد بار باشند، پلی الکترولیت نانیونیک انتخاب مناسبی برای شما به شمار می رود.
اگر بار الکتریکی کلوئیدها منفی باشد، پلی الکترولیت کاتیونی و در صورتی که بار الکتریکی کلوئیدها مثبت باشد، پلی الکترولیت آنیونی مناسب است.
توجه داشته باشید که برای ایجاد فلاک یا لخته، برقراری نیروی جاذبه الکتروستاتیک میان ذرات معلق کلوئیدها و فلوکولانت ها از اهمیت بالایی برخوردار است. این نیروی جاذبه تنها بر اثر حضور بارهای ناهمنام کلوئیدها و فلوکولانت ها ایجاد می شود.
قیمت پلی الکترولیت
گفتیم که پلی الکترولیت، پلیمری از الکترولیت‌های آنیونی و کاتیونی با چندین واحد تکرار شونده و دارای خواص الکترولیت و پلیمر است که وزن مولکولی بالایی دارد. این مواد کاربردهای زیادی دارند که باعث می‌شود صنایع بسیاری به خرید پلی الکترولیت برای انجام فرآیندهای مورد نظر خود نیاز داشته باشند.
شرکت تدارک صنعت کاغذ کرمان این امکان را فراهم کرده است که بتوانید محصول مورد نیاز خود را با بهترین کیفیت و مناسب‌ترین قیمت خریداری کنید. برای اطلاع بیشتر از نحوه سفارش، استعلام قیمت و جزئیات بیشتر در مورد این محصول می‌توانید با ما تماس بگیرید.
