Коагуляція аерозолів та методи їх руйнування

Аерозолі належать до нестійких дисперсних систем. Вони не ма­ють факторів стабілізації, характерних для ліозолів. Тому, володіючи за високої дисперсності достатньою седиментаційною стійкістю, аерозолі є агрегативно нестійкими системами. Цим і пояснюється відносно не­велика тривалість "життя" будь-якого аерозолю.

Внаслідок інтенсивного броунівського руху в системах з газовим дисперсійним середовищем, коагуляція аерозолів відбувається значно швидше, ніж ліозолів. На її швидкість впливає також полідисперсність аерозолів, форма частинок та наявність на них протилежних за знаком зарядів (біполярність).

На практиці аерозолі руйнують кількома основними методами: зміною швидкості та напрямку потоку аерозо­лю, дією ультразвуку, фільтрацією та дією електричного поля.

Виділення дисперсної фази з аеро­золю шляхом зміни швидкості та на­прямку його руху проводять у спеціаль­них апаратах - циклонах - циліндрич­них резервуарах з конічним днищем (рис.14).

При пропусканні потоку аерозолю крізь циклон у ньому виникають великі відцентрові сили, що примушують тверді частинки втрачати швидкість і

Рис. 14. Рис. 15

осідати на дно апарата. За допомогою циклона вдається осадити час­тинки з розміром більшим за 1 ∙ 10^{-6 м.}

Ультразвуковий метод використовують в основному для руйнуван­ня туманів, наприклад сульфатнокислого. Процес коагуляції відбуваєть­ся дуже швидко, впродовж кількох секунд. Метод малоефективний для руйнування дуже розбавлених аерозолів.

Тонке очищення газів від аерозольних частинок досягається фільтру­ванням. З цією метою широко застосовують паперові, азбестові та тка­нинні фільтри. Дуже дрібні частинки відокремлюють від газової фази за допомогою фільтрів з поруватих керамічних матеріалів.

Аерозолі можна зруйнувати також дією електричного поля високої напруги (до 50000 В), у якому відбувається йонізація молекул дисперсій­ного середовища (газу). З цією метою на практиці використовують елек­трофільтри (рис. 15.).

Під час пропускання крізь них аерозолю, частинки дисперсної фази адсорбують йони газу, набувають заряду і під дією електричного поля осідають на протилежно зарядженому електроді.

Суспензі ї - це грубодисперсні системи з рідким дисперсійним середовищем і твердою дисперсною фазою з розміром частинок 10^{- 6} – 10^{- 4 м. Вони відрізняються від ліофобних колоїдних розчинів лише меншим ступенем дисперсності, і їх так само одержують конденсацій­ним або диспергаційним методами. Найчастіше використовують дис­пергування нерозчинних твердих речовин у рідкому середовищі або ска­ламучення у ньому заздалегідь одержаного порошку.}

Від колоїдних розчинів суспензії відрізняються молекулярно-кіне­тичними та оптичними властивостями. Зокрема, їм не властиві явища дифузії, осмосу та броунівський рух. В'язкість розбавлених суспензій практично не відрізняється від в'язкості дисперсійного середовища. Світло проходить крізь суспензію, не викликаючи опалесценції, оскільки світлові промені не розсіюються частинками дисперсної фази, а залом­люються та відбиваються.

Седиментаційна стійкість суспензій є дуже малою, внаслідок ве­ликих розмірів частинок, які можуть знаходитись у завислому стані лише недовгий час, осідаючи під дією сили тяжіння.

Агрегативна стійкість суспензій залежить від величини сил притя­гання та відштовхування між частинками, їх ступеня сольватації та на­явності подвійного електричного шару.

Суспензії стабілізують додаванням до них ліофільних полімерів. При цьому підвищується не тільки агрегативна стійкість, але й сповільнюєть­ся процес седиментації, оскільки зростає в'язкість дисперсійного сере­довища. Стабілізуючу дію виявляють також електроліти та поверхне­во-активні речовини. Якщо стабілізатор відсутній, але частинки суспензії добре змочуються дисперсійним середовищем, то на їх поверхні утво­рюється сольватна оболонка, яка перешкоджає об'єднанню частинок у крупніші агрегати.

Крім сильно вираженої седиментації, для суспензій характерний процес фільтрації. Фільтрація суспензій крізь поруваті мембрани призво­дить спочатку до їх концентрування, а потім до розділення на тверду та рідку фази. Підвищення концентрації дисперсної фази в агрегативно стійких суспензіях до гранично можливого значення зумовлює утворен­ня висококонцентрованих суспензій, які називають пастами. Як і сус­пензії, пасти агрегативно стійкі за наявності достатньої кількості силь­них стабілізаторів, коли частинки дисперсної фази в них добре сольватовані і відокремлені тонкими плівками рідини, яка є дисперсійним се­редовищем. Відсутність вільної рідкої фази надає таким системам ви­сокої в'язкості та певної механічної міцності.

Суспензії мають велике практичне значення. Глинисті, цементні та вапняні розчини, масляні фарби, кольорові лаки широко використовують у будівництві. У сільському господарстві у вигляді суспензій та паст застосовують окремі фунгіциди та інсектициди. Багато лікарських пре­паратів, наприклад, синтоміцин, стрептоцид, новоцилін, камфору, фенілсаліцилат, ментол, сірку, цинк оксид тощо, використовують у медичній практиці у вигляді суспензій та паст.

Емульсії - це вільно-дисперсні системи, які складаються з двох рідин, що не змішуються, одна з яких диспергована у вигляді крапли­нок у іншій. Ступінь дисперсності емульсій у багатьох випадках нижчий, ніж у колоїдних системах, і знаходиться в межах від 10⁷ – 10⁵ м^-1, тому емульсії відносять до грубодисперсних систем. Рідини, що утворюють емульсію, повинні відрізнятися полярністю. Однією з рідин найчастіше буває вода (скорочено позначають "В"), другою - будь-яка неполярна органічна рідина (бензен, толуен, етер, бензин, олія тощо), яку умовно позначають "О" - олія.

Залежно від того, яка рідина є дисперсною фазою, емульсії поділя­ють на два типи. До першого типу належать емульсії, в яких краплинки олії рівномірно розподілені у водному середовищі. їх інакше називають прямими, або емульсіями олії у воді і скорочено позначають О/В, в емульсіях другого типу дисперсною фазою є краплинки води і їх назива­ють зворотними, або емульсіями води в олії і позначають В/О.

Емульсії також класифікують за об' ємною концентрацією диспер­сної фази. За цією ознакою емульсії поділяють на три групи:

1) розбавлені - з об'ємною концентрацією дисперсної фази до 0,1 %;

2) концентровані - з концентрацією дисперсної фази 0,1 - 74,0 % об.;

3) висококонцентровані - з вмістом дисперсної фази вищим від 74,0 % об.

Від концентрації дисперсної фази залежать усі основні властивості емульсій, у першу чергу стійкість, та методи стабілізації.

Розбавлені емульсії (рис.16, а) різко відрізняються від концентро­ваних (рис.16, б) та висококонцентрованих (рис.16, в) ступенем дис­персності краплинок дисперсної фази, які наближаються до розмірів ко­лоїдних частинок. Розбавлені емульсії монодисперсні, тобто всі краплин­ки дисперсної фази мають приблизно однаковий розмір. У концентрова­них емульсіях частинки дисперсної фази мають різні розміри, тому їх на­зивають полідисперсними. У випадку висококонцентрованих емульсій форма частинок значно відрізняється від кулястої, вони деформуються і набувають вигляду многогранників (поліедрів), між стінками яких знахо­дяться тонкі шари рідини, що є дисперсійним

а б в

Рис.16. Види емульсій: а - розбавлена, б- концентрована,

в – висококонцентрована

Дата добавления: 2015-05-23