Анотація до роботи:

Соломенцева І.М. Коагуляційно-флокуляційні процеси в квазірівноважних водних дисперсіях. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора хімічних наук за спеціальністю 02.00.11 – колоїдна хімія, Інститут колоїдної хімії та хімії води НАН України, Київ, 2002.

Дисертація містить результати досліджень впливу колоїдно-хімічних параметрів частинок продуктів гідролізу основних сульфатів та основних хлоридів алюмінію, а також структури адсорбційних шарів поліелектролітів на кінетику формування агрегатів частинок та їх структуру. За допомогою комплексу методів отримано, систематизовано та узагальнено дані про вплив параметрів дисперсійного середовища на колоїдно-хімічні характеристики частинок продуктів гідролізу вказаних коагулянтів. Розраховано елементи структури сформованих агрегатів, що дають уявлення про їх щільність. Виявлено кореляцію між вказаними параметрами та розмірно-густинними характеристиками агрегатів, отриманими за допомогою методу нелінійної лазерної діагностики. Отримано дані про товщину та структуру адсорбційних шарів поліелектролітів, заряджених однойменно та протилежно колоїдним частинкам. Розраховано величину деформацій макроіонів при переході їх з розчину на поверхню частинок. Проаналізовано внесок електричного та структурного факторів в забезпечення дестабілізації квазірівноважних дисперсій. Знайдені закономірності використані при очистці питних та стічних вод, розроблено критерії ефективного та безпечного використання коагулянтів та флокулянтів в процесах водоочистки.

1. Проведено комплексні дослідження впливу коагулянтів (основних сульфатів та основних хлоридів алюмінію), високомолекулярних органічних поліелектролітних флокулянтів, а також їх бінарних сумішей на колоїдно-хімічні властивості та кінетику агрегації квазірівноважних дисперсних систем. Аналіз отриманих даних дозволив розробити колоїдно-хімічні основи регулювання стабільності квазірівноважних дисперсних систем та структури агрегатів, що формуються в ході коагуляційно-флокуляційних процесів.

2. Отримано, систематизовано та узагальнено дані про вплив параметрів дисперсійного середовища на характеристики (розмір, електрокінетичний потенціал, гідратацію, енергію взаємодії) та структуру продуктів гідролізу ОСА та ОХА в ряду: аквагідроксокомплекси первинні агрегати агрегати наступних порядків, виявлено основні тенденції та залежності між ними.

3. Вперше експериментально виявлено появу дискретності розмірів та щільності при переході від первинних агрегатів до агрегатів наступних порядків, а також зменшення цієї дискретності при збільшенні елекрокінетичного потенціалу та зменшенні діаметру частинок продуктів гідролізу (ЧПГ) основних сульфатів та основних хлоридів алюмінію. Отримані дані, а також незбіжність локалізації максимумів розмірів та щільності агрегатів підтверджують припущення про фрактальність структур, що формуються в подібних системах.

4. Розраховані розміри лінійної ланки лінійно-сітчастої структури первинних агрегатів ЧПГ ОСА та ОХА виявили кореляцію з величинами щільності упаковки частинок в первинних агрегатах, знайденими за допомогою методу нелінійної лазерної діагностики. Це дає можливість на основі інформації про коллоїдно-хімічні характеристики частинок продуктів гідролізу вказаних солей прогнозувати параметри їх агрегатів, що формуються в певних дисперсійних середовищах.

5. Виявлена та проаналізована залежність між електрокінетичними параметрами гумін-вміщуючих дисперсій ЧПГ, кінетикою їх агрегації та параметрами агрегатів, що формуються. Стрибкоподібність залежності ефективності агрегації дисперсій ЧПГ від вмісту в них гумінових кислот пояснюється конкуруючим впливом кінетики адсорбції молекул гумінових кислот на поверхні частинок продуктів гідролізу коагулянтів та кінетики агрегації останніх. Знайдені закономірності узгоджуються з розвинутими уявленнями про вплив коллоїдно-хімічних параметрів частинок продуктів гідролізу коагулянтів на структуру агрегатів, що формуються.

5. Встановлено залежність між параметрами макроіонів різної природи в розчині та в адсорбційному шарі частинок модельних дисперсій полістиролу та меламіноформальдегіду. Виявлена при цьому значна деформація макроіонов натріевих солей карбоксиметилцелюлози (та практична відсутність такої при використанні поліетиленіміну) пов’язується з переважним впливом структурного, а не електростатичного фактору.

6. Знайдено, що мінімальна щільність та мінімальні розміри агрегатів у всіх вивчених квазірівноважних системах в ході коагуляційно-флокуляційних процесів мають місце за умови значного потенціального бар’єру на шляху зближення частинок. При формуванні агрегатів частинок, що мають низький потенціал, щільність агрегатів є максимальною. Знайдена залежність вказує на спільність підходів, незважаючи на різницю колоїдно-хімічних властивостей вказаних дисперсій та механізму формування агрегатів.

7. Показано, що навіть при використанні одних і тих же частинок та полімерів питомий внесок електростатичного та структурного факторів в забезпечення процесу флокуляції може бути різним. В разі переважання першого з них агрегати є більш щільними та мілкими, в умовах переважання другого – більш дифузними та великими. Урахування вказаних залежностей дозволяє підійти до направленого регулювання розмірів та щільності агрегатів, що формуються в подібних системах.

8. Підтверджено плідність використання розвинутих уявлень для оцінки можливості наибільш эфективного використання основних солей алюмінію, в тому числі спільно з поліелектролітними флокулянтами, для очистки природних (рр. Дніпро, Нева, Десна, Ірша) та стічних вод (маслоемульсійні стоки, транспортерно-мийні води цукрових заводів, оборотно-флотаційні води вуглезбагачення і т.і.). Розроблено критерії эфективного та екологічно безпеч-ного використання гідролізуючих коагулянтів та високомолекулярних органічних флокулянтів для очистки природних та стічних вод.

Публікації автора:

1. Соломенцева И.М., Баран А.А. Закономерности, кинетика и механизм флокуляции дисперсных систем водорастворимыми полимерами (обзор) // Acta Physica et Chemica. – 1983. - №3-4. – Р. 193-210.

2. Величанская Л.А., Духин С.С., Соломенцева И.М. Предочистка морских и океанских вод перед обратноосмотическим обессоливанием (обзор) // Химия и технология воды. – 1990. – 12, №10. – С. 907-918.

3. Соломенцева И.М., Величанская Л.А., Герасименко Н.Г. Проблема остаточного алюминия в очищенной воде (обзор) // Химия и технология воды. – 1991. – 13, №6. – С. 517-534.

4. Гончарук В.В., Соломенцева И.М., Герасименко Н.Г. Коллоидно-химические основы использования основных солей алюминия в водоочистке (обзор) // Химия и технология воды. – 1999. – 21, № 1. – С. 52-88.

5. Гончарук В.В., Соломенцева И.М., Теселкин В.В. Перспективы изучения коллоидно-химических характеристик агрегирующих дисперсий с использованием лазерных систем (обзор) // Химия и технология воды. – 2001. – 23, №3. – С. 227-256.

6. Баран А.А., Тусупбаев Н.К., Соломенцева И.М., Дерягин Б.В., Мусабеков К.Б. Изучение флокуляции гидрофобных золей водорастворимыми полимерами методом поточной ультрамикроскопии. Ш Флокуляция отрицательного золя йодида серебра добавками катионных полиэлектролитов // Коллоид. ж. – 1980. – 42, №1. – С. 11-18.

7. Соломенцева И.М., Тусупбаев Н.К., Баран А.А., Мусабеков К.Б. Исследование флокуляции полистирольных латексов катионными полиэлектролитами с помощью поточного ультрамикроскопа // Укр. хим. журн. – 1980. – 46, №9. – С. 928-933.

8. Соломенцева И.М., Кочерга И.И., Баран А.А., Тимохин И.М., Афонин А.Л. Изучение адсорбции солей карбоксиметилцеллюлозы коллоидными частицами иодида серебра и сульфида сурьмы // Укр. хим. журн. – 1981. – 47, №3. – С. 265-270.

9. Герасименко Н.Г.,Соломенцева И.М., Величанская Л.А., Запольский А.К., Образцов В.В. Изменение электрокинетических свойств промышленных эмульсий //Химия и технология воды. – 1988. – 10, №6. – С.494-496.

10. Соломенцева И.М., Запольский А.К., Теселкин В.В., Панченко Л.И. Изучение хлопьеобразования в растворах гидролизующихся коагулянтов с помощью лазера // Химия и технология воды. – 1985. – 7, №4. – С. 82-83.

11. Соломенцева И.М., Величанская Л.А. Изучение структуры адсорбционных слоев натриевых солей карбоксиметилцеллюлозы на поверхности меламинформальдегидных частиц // Коллоид. ж. – 1983. – 45, №4. – С. 800-806.

12. Величанская Л.А., Соломенцева И.М., Сахарова Н.А. Устойчивость полистирольного латекса в присутствии полиэтилениминов // Укр. хим. журн. – 1984. – 50, №5. – С. 544-547.

13. Величанская Л.А., Соломенцева И.М. Влияние полиэлектролитов на электрокинетический потенциал меламино-формальдегидных частиц // Укр. хим. журн. – 1987. – 53, №8. – С. 811-814.

14. Величанская Л.А., Соломенцева И.М. Структура адсорбционных слоев полиэтилениминов на поверхности полистирольных частиц // Укр. хим. журн. – 1988. – 54, №8. – С. 825-828.

15. Величанская Л.А., Соломенцева И.М., Запольский А.К. Устойчивость дисперсий марганцевых шламов в присутствии коагулянтов и катионизированного полиакриламида // Химия и технология воды. – 1987. – 9, №4. – С. 317-320.

16. Запольский А.К., Величанская Л.А., Соломенцева И.М., Герасименко Н.Г. Влияние гидроксохлорида алюминия на устойчивость водно-масляных эмульсий // Химия и технология воды. – 1988. – 10, №2. – С. 112-114.

17. Герасименко Н.Г., Соломенцева И.М., Запольский А.К. Роль электрокинетических свойств продуктов гидролиза основных солей алюминия при водоочистке // Химия и технология воды. – 1988. – 10, № 4. – С. 329-332.

18. Соломенцева И.М., Герасименко Н.Г., Братунец А.Г., Шахворост А.К. Изучение гидратации частиц продуктов гидролиза основных сульфатов алюминия методом ЯМР-релаксации // Химия и технология воды. – 1990. – 12, № 11. – С. 1020-1024.

19. Герасименко Н.Г., Соломенцева И.М., Сурова Л.М. Состояние алюминия в водных растворах основных хлоридов и сульфатов алюминия // Химия и технология воды. – 1991. – 13, № 8. – С. 755-760.

20. Соломенцева И.М., Герасименко Н.Г., Теселкин В.В. Размерно-плотностные характеристики продуктов гидролиза основных хлоридов алюминия // Химия и технология воды. – 1993. – 15, №11-12. – С. 719-725.

21. Barany S., Baran A.A., Solomentseva I.M., Velitchanskaya L.A. Polyelectrolyte Adsorption and Stability of Latex Suspensions // Macro-ion Characterization: from Dilute Solutions to Complex Fluids. – Washington, D.C., 1994. – P. 406-420.

22. Величанская Л.А., Соломенцева И.М., Митина Н.С., Пахарь Т.А., Баран А.А. Адсорбция катионных полимеров на каолините и продуктах гидролиза коагулянта // Химия и технология воды. – 1994. – 16, №2. – С. 122-125.

23. Соломенцева И.М., Герасименко Н.Г., Шилов В.Н. Механизм агрегатообразования частиц продуктов гидролиза основных солей алюминия // Химия и технология воды. – 1994. – 16, №6. – С. 606-614.

24. Соломенцева И.М., Теселкин В.В. Изучение кинетики агрегации частиц методом нелинейной лазерной диагностики // Коллоид. ж. – 1995. – 57, №3. – С. 407-411.

25. Гончарук В.В., Герасименко Н.Г., Соломенцева И.М., Пахарь Т.А. Извлечение фульвокислот из воды основными хлоридами алюминия // Химия и технология воды. – 1997. – 19, №5. – С. 481-488.

26. Berlin Ad.A., Solomentseva I.M., Kislenko V.N. Suspension flocculation by polyelectrolytes: Experimental verification of a developed mathematical model. // The Journ. of Colloid and Interf. Sci. – 1997. – V.191. – P. 273-276.

27. Solomentseva I.M., Gerasimenko N.G., Barany S. Surface properties and aggregation of basic aluminium chloride hydrolysis products // Colloids and Surf. – 1999. – 151. – P. 113-126.

28. Соломенцева И.М., Коэн-Стюарт М.А., Флир Г.Дж. Регулирование устойчивости дисперсий кремнезема с помощью заряженных диблоксополимеров // Коллоид. ж. – 2000. – 62, №2. – С. 251-256.

29. Гончарук В.В., Соломенцева И.М., Скубченко В.Ф., Лещенко А.В., Бондарь Л.А., Пахарь Т.А., Акуленко А.Д. Исследование эффективности коагулирующего действия оксисульфатхлоридов алюминия при различных параметрах обрабатываемой воды // Химия и технология воды. – 2001. – 22, №4. – С. 400-409.

30. Способ разрушения эмульсий: А.с. № 13118244 СССР / Мэн С.К., Соломенцева И.М., Вейцер Ю.И., Величанская Л.А. и др. – Заявлено 22.02.87; Опубл. 23.06.87, Бюл. №23.

31. Устройство для автоматического регулирования размеров частиц в оптически прозрачных средах: А.с. № 1437840 СССР / Теселкин В.В., Соломенцева И.М., Запольский А.К., Образцов В.В. – Заявлено 15.07.88; Опубл. 15.11.88; Бюл. № 42.

32. Способ осветления суспензии: А.с. №1650610 СССР МКИ? / Вовчук М.А., Кондратенко А.Ф., Харлова Е.В., Тарасенко Ю.Г., Дубровская В.В., Соломенцева И.М., Величанская Л.А. – Заявлено 22.01.91; Опубл. 23.05.91, Бюл. №19.

33. Пат. № 36528А України. Спосіб освітлення колоїдних дисперсій / Гончарук В.В., Скубченко В.Ф., Соломенцева І.М., Желтоножська Т.Б,, Куцевол Н.В., Демченко О.В., Сиромятніков В.Г. – Заявл. 07.02.00; Опубл. 16.04.01.

34. Соломенцева И.М., Величанская Л.А., Баран А.А. Структура адсорбционных слоев полиэлектролитов и устойчивость дисперсий //Тез. докл. УШ Всесоюзн конф. по коллоидной химии и физико-химической механике. – Ташкент. – 1983. – с. .

35. Соломенцева И.М., Величанская Л.А. Адсорбционные слои полиэлектролитов на поверхности латексов // Proc. of the VI Intern. Conf. on Surface Active Substances. - Bad Stuer. - 1986. – P.425-429.

36. Герасименко Н.Г., Соломенцева И.М., Афонасьева Л.В. Использование основного сульфата алюминия для очистки питьевой воды на водопроводах г. Ленинграда // Тез. докл. Всесоюзной конф. «Коагулянты и флокулянты. Получение, свойства, применение» - Одесса. – 1988. - с. 21-22.

37. Соломенцева И.М., Герасименко Н.Г. Электроповерхностные свойства и кинетика медленной коагуляции частиц гидроксида алюминия // Тез. докл. IX Междунар. конф. по поверхн. силам.- Москва, 1990. – С. 78.

38. Solomentseva I.M., Velitchanskaya L.A., Gerasimenko N.G. // Flocculation of Flotation Refuse Suspension by Polymers // Proc. of the Fourth Symp. on Mining Chemistry. – Kiev .– 1992. – P. 283-292.

39. Solomentseva I.M., Velitchanskaya L.A., Pahar T.A., Barany A.A. Coagulation and Flocculation of Water Purification and Preparation / Abstr. of the 1-st Hungarian-Ukrainian Conference of Carpathian Euroregion Ecology. – Uzgorod.– 1994. – p.10.

40. Solomentseva I., Tesiolkin V., Barany S. Study of equilibrium processes during coagulative-flocculative water purification // Proc. of 2-nd Intern. Conf. on Carpatian Euroregion Ecology. – Miskolc (Hungary). –1997. – P. 299-304.

41. Solomentseva I., Gerasimenko N., Solomentseva A. Coagulation-Flocculation Methods for Treatment of Oil/Water Emulsions // Proc. of the 6-th Symposium on Mining Chemistry. - Siofok (Hungary). 1998. - P. 105-108.

42. Solomentseva I., Cohen-Stuart M.A., Fleer G.J. Controlling silica dispersions stability using diblock copolymers // Abstr. of Intern. Symp. on Polyelectrolytes. - Les Diablerets (Switzerland). –2000. – P. 67.

43. Solomentseva I, Tesiolkin V. Study of formation processes of particles’ aggregation in liquid systems // Proc. of the Intern. conf. “HUN-Pra-PARTEC” . – Budapest (Hungary). - 2001. – P. 319-322.