پلی اکریل امید غیر یونی (پلی الکترولیت غیر یونی)

پلی اکریل امید غیر یونی  (پلی الکترولیت غیر یونی) نوعی از پلیمرها هستند که در فرآیند جداسازی جامد-مایع به منظور لخته‌سازی و ته‌نشینی ذرات معلق در آب استفاده می‌شوند. این پلیمرها برخلاف پلی اکریل امیدهای آنیونی و کاتیونی، فاقد بار الکتریکی هستند و عملکرد آنها وابسته به ایجاد پل بین ذرات و تشکیل لخته‌های بزرگتر است.

در ساختار این نوع پلی اکریل امید غیر یونی (پلی الکترولیت غیر یونی) دارای گروه وینیل است کلید توانایی آن در تشکیل زنجیرهای بلند است. هم‌چنین حاوی یک گروه آمید است که به پلیمر ماهیت آبدوست (آب دوست) می‌دهد. و فرآیند اتصال این مونومرهای آکریل آمید به یکدیگر  را پلیمریزاسیون نامیده می‌شود.

برخلاف سایر پلی آکریل آمیدها که دارای گروه های باردار (آنیونی یا کاتیونی) هستند، NPAM هیچ گروه یونی ندارد. این بدان معنی است که به آسانی با ذرات باردار به همان شکل برهمکنش نمی‌کند. گروه‌های آمید (-CONH2) در امتداد زنجیره قطبی هستند و با مولکول‌های آب پیوند هیدروژنی تشکیل می‌دهند و NPAM را بسیار محلول در آب می‌کند.  زنجیره‌های پلیمری انعطاف پذیر هستند و می‌توانند ترکیبات مختلفی را در محلول اتخاذ کنند. این انعطاف پذیری به دلیل مکانیسم پل زدن آن در لخته سازی مهم است.

در حالی که ساختار اصلی NPAM ساده است، می‌توان آن را برای افزایش عملکرد آن برای فرایندهای خاصی تغییر داد. این کار با معرفی سایر گروه‌های عاملی در حین یا پس از پلیمریزاسیون انجام می شود.

در فرایند تولید فلوکولانت غیر یونی با افزودن گروه‌های آبگریز می‌تواند میل ترکیبی آن را با انواع خاصی از ذرات افزایش داده و کارایی لخته سازی را بهبود بخشد.

در فرایند تولید پلی اکریل امید غیر یونی پلیمریزاسیون رادیکال آزاد رایج‌ترین روش برای تولید NPAM است. این شامل استفاده از یک آغازگر برای تولید رادیکال‌های آزاد است که سپس با مونومرهای آکریل آمید واکنش نشان می‌دهد و باعث ایجاد یک واکنش زنجیره‌ای می‌شود که آنها را به هم پیوند می‌دهد.

انواع پلی اکریل امید غیر یونی  (پلی الکترولیت غیر یونی)

• پلی اکریل امید غیر یونی (پلی الکترولیت غیر یونی ):  این پلیمر متداول‌ترین نوع فلاکولانت غیر یونی است که به صورت پودر سفید رنگ یا محلول ویسکوز بی‌رنگ در دسترس می‌باشد. NPAM در آب محلول بوده و در حلال‌های آلی نامحلول است.
• پلی‌اکریل آمید اصلاح‌شده: این نوع فلوکولانت‌ها با اضافه کردن گروه‌های عاملی مختلف به دست می‌آیند و خواص آنها برای کاربردهای خاص بهبود یافته است.

مکانیسم عملکرد پلی اکریل امید غیر یونی  (پلی الکترولیت غیر یونی)

پلی آکریل آمید غیر یونی (NPAM) کمی متفاوت از همتایان یونی خود عمل می‌کند. از آنجایی که فاقد بار الکتریکی است، برای لخته سازی ذرات عمدتاً به برهم کنش‌های فیزیکی متکی است. در اینجا تفکیک مکانیسم های اصلی آورده شده است

فلاکولانت‌های غیر یونی با استفاده از مکانیسم‌های زیر باعث لخته‌سازی ذرات می‌شوند:

مکانیزم پل زدن

زنجیره های بلند را با “قلاب”های زیاد تصور کنید: NPAM دارای زنجیره های بلند و انعطاف پذیر با گروه های آمید متعدد است که می توانند به عنوان نقاط اتصال عمل کنند. این زنجیره ها روی سطح ذرات متعدد جذب (چسبیده می شوند) و پل هایی را بین آنها تشکیل می دهند.

1. ساخت شبکه: این امر یک شبکه بزرگتر و به هم پیوسته از ذرات ایجاد می کند که منجر به تشکیل لخته می شود.

رشد لخته: با درهم پیچیده شدن ذرات بیشتر در این شبکه، اندازه لخته ها بزرگ می‌شود و به دلیل جاذبه خارج از محلول قرار می‌گیرند.

2. پوشش محافظ: مولکول های NPAM همچنین می توانند بر روی ذرات جداگانه جذب شوند و لایه ای در اطراف آنها تشکیل دهند.
3. کاهش دافعه: این لایه به عنوان یک مانع عمل می کند و نیروهای دافعه طبیعی بین ذرات را کاهش می دهد (اغلب به دلیل بار سطحی). با کاهش دافعه، ذرات می‌توانند به هم نزدیکتر شوند و راحت تر تجمع کنند.
4. به دام انداختن ذرات: مکانیسم پل زدن یک شبکه سه بعدی از زنجیره ها و ذرات پلیمری ایجاد می کند. ذرات کوچکتر که در غیر این صورت ممکن است معلق بمانند می‌توانند در این شبکه به دام افتاده و به رشد لخته کمک کنند.

عوامل موثر بر عملکرد پلی اکریل امید غیر یونی  (پلی الکترولیت غیر یونی)

1. ویژگی های پلیمر تولید شده

• وزن مولکولی : این یک وزن بزرگ است. وزن مولکولی بالاتر به معنای زنجیره های طولانی تر، قلاب های بیشتر برای پل زدن و به طور کلی لخته سازی بهتر است. اما، وزن مولکولی بسیار بالا می تواند به دلیل ویسکوزیته بیش از حد مانع ته نشین شدن شود.
• غلظت : دوز تزریق مورد بسیار مهمیست. از این جهت که درصورتی که دوز تریق کم باشد پلیمر کافی جهت پل زدن نخواهید داشت.  هم‌چنین در صورتی که دوز تزریق را زیاد کنید و بیش از حد نیاز باشد مانع از ته نشین شدن و حتی ممکن است که موجب تثبیت مجدد ذرات شوید.
• بنابر این در این نوع فلاکولانت غیر یونی دوز تزریق را باید دقیق و توسط کارشناسان مشخص گردد.
• ساختار شیمیایی: در حالی که NPAM اساساً غیر یونی است، تغییرات جزئی می تواند بر عملکرد آن تأثیر بگذارد. به‌صورتی که معرفی درجه کمی از گروه های آنیونی یا آبگریز می‌تواند برهمکنش آن را با انواع خاصی از ذرات افزایش دهد.

2. خصوصیات مربوط به ذرات:

• اندازه و شکل ذرات: پلی اکریل امید غیر یونی  بهترین عملکرد را با ذرات بزرگتر دارد. ذرات بسیار ریز ممکن است قبل از لخته سازی نیاز به انعقاد داشته باشند. شکل نیز مهم است – ذرات با شکل نامنظم سطح بیشتری را برای اتصال ایجاد می کنند.
• باز یونی ذرات: در حالی که NPAM غیر یونی است، خود ذرات اغلب دارای بار سطحی هستند.
• دافعه ذرات پر بار می توانند یکدیگر را دفع کنند و پل زدن را دشوارتر کنند. ممکن است قبل از درمان یا استفاده از مقدار کمی از منعقد کننده یونی لازم باشد.
• میزان ذرات: غلظت ذرات بالاتر به طور کلی لخته سازی را بهبود می بخشد، زیرا فرصت های بیشتری برای پل زدن وجود دارد. با این حال، غلظت های بسیار بالا می تواند منجر به رقابت برای سایت های پلیمری گردد و کاهش کارایی شود.

3. شرایط محیط انحلال مواد

• pH: در حالی که NPAM نسبت به لخته‌سازهای یونی نسبت به pH حساسیت کمتری دارد، مقادیر زیاد pH همچنان می‌تواند با تغییر بار روی ذرات یا حتی تخریب خود پلیمر بر عملکرد آن تأثیر بگذارد.
• دما: دماهای بالاتر می‌تواند ویسکوزیته محلول های NPAM را کاهش دهد و به طور بالقوه کارایی پل زدن را کاهش دهد. برعکس، دمای بسیار پایین ممکن است مانع انحلال و پراکندگی پلیمر شود.
• نمک ها: غلظت بالای نمک گاهی اوقات می تواند لخته سازی را با کاهش دافعه الکترواستاتیک بین ذرات بهبود بخشد. با این حال، شوری بیش از حد نیز می تواند پلیمر را “نمک” کند و حلالیت و اثربخشی آن را کاهش دهد.
• تداخل مواد : مواد آلی، سورفکتانت‌ها و سایر آلاینده‌ها می‌توانند با رقابت برای مکان‌های جذب یا تغییر خواص محلول، در عملکرد NPAM اختلال ایجاد کنند.

4. شرایط مکانیکی اختلاط

اختلاط: اختلاط کافی برای اطمینان از پراکندگی مناسب NPAM و تماس با ذرات ضروری است. با این حال، اختلاط بیش از حد می‌تواند لخته‌ها را برش داده و اندازه و استحکام آن‌ها را کاهش دهد.

زمان لخته شدن: زمان کافی برای جذب پلیمر و پل زدن ذرات مورد نیاز است. این می تواند بسته به سیستم و NPAM خاص مورد استفاده متفاوت باشد.

مزایای استفاده از فلاکولانت یا پلی اکریل امید غیر یونی

• مزایای عمومی

عدم حساسیت به شوری و pH :  برخلاف لخته سازهای یونی، عملکرد NPAM به طور قابل توجهی تحت تأثیر pH یا غلظت نمک محلول قرار نمی گیرد. این باعث می شود که آن را برای طیف وسیع تری از کاربردها، از جمله مواردی که ترکیبات شیمیایی آب چالش برانگیز دارند، مناسب باشد.

کاربری در انواع فرایند ها:  می توان از آن برای تصفیه انواع فاضلاب از جمله پساب های شهری، صنعتی و کشاورزی استفاده کرد. همچنین در فرآوری مواد معدنی، کاغذسازی و سایر فرآیندهای صنعتی موثر است.

• عملکرد در لخته سازی

پایداری لخته ها:  NPAM در مقایسه با لخته های یونی معمولاً لخته های قوی تر و پایدارتری تولید می کند. این لخته ها در طول اختلاط یا ته نشین شدن کمتر از هم جدا می شوند که منجر به شفاف شدن بهتر و جداسازی جامد از مایع می شود. زنجیره های بلند و انعطاف پذیر و مکان های جذب متعدد آن، پل زدن کارآمد ذرات را حتی در غلظت های پایین امکان پذیر می کند.

• دوستدار محیط زیست

در مقایسه با منعقد کننده های معدنی مانند آلوم یا کلرید آهن، NPAM سمیت کمتری از خود نشان می دهد و خطر کمتری برای آبزیان و محیط زیست دارد.

کاهش حجم لجن: لخته های قوی تشکیل شده توسط NPAM اغلب منجر به لجن متراکم تر می شود و حجم کلی زباله تولید شده را کاهش می دهد و هزینه های دفع را به حداقل می رساند.

• مزایای عملیاتی

سهولت استفاده:  NPAM به راحتی در آب حل می شود و به راحتی قابل حمل و دوز است. می توان آن را مستقیماً به سیستم اضافه کرد بدون اینکه نیازی به پیش تصفیه گسترده یا تنظیمات pH داشته باشد.

مرقون به صرفه: در حالی که به طور کلی گران تر از منعقد کننده های معدنی است، راندمان بالاتر NPAM و نیاز به دوز کمتر اغلب می تواند منجر به صرفه جویی در هزینه کلی شود.

تطبیق پذیری، عملکرد لخته سازی قوی، مزایای زیست محیطی و سهولت استفاده NPAM آن را به یک دارایی ارزشمند در صنایع مختلف تبدیل می کند که به بهبود کارایی، کاهش هزینه ها و افزایش پایداری محیطی کمک می کند

کاربرد های پلی اکریل امید غیر یونی در صنایع

پلی آکریل آمید غیر یونی (NPAM) یک پلیمر کارآمد است که در صنایع متعددی کاربرد دارد. تطبیق پذیری آن ناشی از خواص منحصر به فرد آن است: وزن مولکولی بالا، حلالیت در آب و کمبود بار یونی. این به آن اجازه می دهد تا در محیط های متنوع و با انواع ذرات به طور موثر عمل کند. در اینجا نگاهی جامع به کاربردهای کلیدی آن داریم:

1. کاربرد پلی اکریل امید در تصفیه آب

تصفیه آب شهری:  NPAM به حذف جامدات معلق و کدورت کمک می کند و کیفیت آب آشامیدنی را بهبود می بخشد.

تصفیه فاضلاب صنعتی :  پساب های صنایع مختلف (نساجی، کاغذ، فرآوری مواد غذایی) را با حذف آلاینده هایی مانند رنگ ها، روغن ها و مواد آلی تصفیه می کند.

تصفیه فاضلاب: به آبگیری لجن کمک می کند و حجم زباله برای دفع را کاهش می دهد.

2. کاربرد پلی اکریل امید در معدن و استخراج فلزات

فلوتاسیون و لیچینگ :  NPAM به جداسازی مواد معدنی ارزشمند از سنگ معدن کمک می کند و نرخ بازیافت را بهبود می بخشد.

تصفیه باطله:  فاضلاب حاصل از عملیات معدن را شفاف می کند و اثرات زیست محیطی را کاهش می دهد.

شستشوی زغال سنگ:  به جداسازی زغال سنگ از ناخالصی ها کمک می کند.

3. کاربرد پلی اکریل امید صنعت کاغذ

حفظ ریزدانه ها و پرکننده ها را در کاغذسازی بهبود می بخشد، کیفیت کاغذ را افزایش می دهد و ضایعات مواد خام را کاهش می دهد.همچنین  پساب کارخانه های کاغذسازی را تصفیه می کند، مواد جامد معلق و مواد آلی را حذف می کند.

4. کاربرد پلی اکریل امید نفت و گاز

احیای چاه نفت EOR:  محلول های NPAM برای بهبود جابجایی نفت و افزایش تولید به مخازن نفت تزریق می شوند.

افزودنی گل حفاری:  NPAM را می توان برای کنترل ویسکوزیته و اتلاف سیال در سیالات حفاری استفاده کرد.

5. کاربرد پلی اکریل امید صنعت نساجی: به حذف رنگ ها و سایر آلاینده ها از فاضلاب نساجی کمک می کند.
6. کاربرد پلی اکریل امید صنعت نیشکر:  به شفاف سازی آب نیشکر کمک می کند.
7. کاربرد پلی اکریل امید فراوری مواد غذایی: در شفاف سازی آب میوه ها و نوشیدنی ها استفاده می شود.
8. کاربرد پلی اکریل امید  صنایع کشاورزی:  ساختار خاک را بهبود می بخشد، ظرفیت نگهداری آب را افزایش می دهد و فرسایش را کاهش می دهد.
9. کاربرد پلی اکریل امید صنعت ساختمان: به عنوان تثبیت کننده خاک و برای بهبود خواص سیمان استفاده می شود.