Коагуляция гидрофобных дисперсных систем электролитами

Наименьшая концентрация электролита, при которой начинается коагуляция (медленная) называется порогом коагуляции (С_М). Для осуществления быстрой коагуляции требуется такая концентрация электролита (С_б), после увеличения которой скорость коагуляции остается постоянной. Введение электролита снижает потенциальный барьер, который при быстрой коагуляции равен нулю ().

В соответствии с теорией ДЛФО введение электролита в дисперсную систему вызывает сжатие ДЭС на поверхности частиц. Последнее может происходить как за счет уменьшения электрического потенциала в результате специфической адсорбции ионов на поверхности, так и за счет ограничения диффузии противоионов в раствор в связи с увеличением его ионной силы : .

По преобладанию того или иного механизма процесса коагуляции ее делят на нейтрализационную и концентрационную. При концентрационной снижается . При нейтрализационной снижается потенциал в результате специфической адсорбции ионов в слое Гельмгольца.

Нейтрализационная коагуляция более характерна для систем с маленьким . При специфической адсорбции ионов возможна перезарядка поверхности частиц. Специфичность адсорбции повышается с увеличением заряда иона, поэтому вклад нейтрализационной коагуляции растет при переходе к электролитам с многозарядными ионами.

Преобладающее влияние ионной силы среды характерно для систем с высоким зарядом поверхности частиц и для индифферентных электролитов, не способных к специфической адсорбции.

Коагуляция вызывается одним из ионов электролита: или катионом, или анионом, т.е. ионом противоположным заряду поверхности.

Согласно теории ДЛФО на величину порога коагуляции существенное влияние оказывает величина заряда противоиона:

Отсюда следует, что если порог коагуляции однозарядного иона принять за единицу, то для других ионов получим ряд:

или

Однако существует и эмпирический ряд Шульце и Гарди, который имеет вид:

На величину порога коагуляции оказывает влияние размер иона-коагулятора индифферентного электролита: чем меньше радиус иона, тем больше его гидратация и, следовательно, тем больше порог коагуляции.

Большой радиус гидратированного иона препятствует его вхождению в слой Гельмгольца.

Коагуляция золей смесями электролитов вызывает появление одного из трех явлений: антагонизма, синергизма или аддитивного действия ионов.

Существует явление привыкания золей, на котором основана коллоидная защита. Известны ряды защитных чисел: золотой, серебряный, железный, рубиновый и др.

Если электролит добавлять к золю небольшими порциями, то в итоге коагуляция наступает при более высокой пороговой концентрации С_К, чем при внесении сразу большого его количества. Такое явление называется привыканием золя.

Устойчивость золей против коагуляции возрастает в присутствии ВМС: белков, полисахаридов и др.

Способность защищать золи от коагуляции количественно выражают защитным числом, равным силу сухого ВМС, защищающего 10 мл золя от коагуляции при приливании к нему 1 мл 10% раствора NaCl.

Наиболее сильным защитным действием обладают белки: желатин, козеин (0,01 – 0,1); более слабым – крахмал, декситрин (20 – 45).

Суть коллоидной защиты состоит в том, что благодаря сольватно-адсорбционным слоям повышается гидрофильность коллоидных частиц.

Растворы ВМС используются не только для защиты от коагуляции, но и для ускорения этого процесса. Для этого используют флокулянты, т.е. вещества ускоряющие процесс образования хлопьев. Наиболее распространенным в водоочистке является полиакриламид: (–CH₂–CH(CONH₂)–)_n с M ~ 10⁶.

Дата добавления: 2014-12-16