ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Коагуляционные структуры и их свойства из "Очистка воды коагулянтами" В коллоидной химии различают два типа структур дисперсного материала первичные и вторичные. Первичная структура — это структура отдельных частиц золей и суспензий. С ней связаны электрические свойства частиц, их сольватация, молекулярнокинетические свойства дисперсий. Вторичные структуры возникают вследствие взаимодействия отдельных частиц. От них зависят объем и механические свойства осадков. Вторичные структуры часто называют сверхмицеллярными [144, 145]. [c.86] У гидрофобных коллоидов можно довольно отчетливо дифференцировать свойства, связанные с типом структуры, у гидрофильных такая дифференциация затруднена. [c.86] Образующиеся в пересыщенной системе зародыши малорастворимых веществ могут укрупняться за счет роста индивидуальных частиц твердой фазы (кристаллизация) или путем коагуляционных взаимодействий с формированием пространственных агрегатов. Поэтому сверхмицеллярные структуры в свою очередь делят па конденсационно-кристаллизационные и коагуляционные [146, 147]. Схема построения последних показана на рис. III.6. [c.86] В этой главе мы рассмотрим структурообразование и физические свойства чистых коагулятов — гидроокисей и основных солей алюминия и железа,— не касаясь пока свойств коагулированной взвеси, которая включает в себя дополнительно механические примеси и другие загрязнения воды. На них мы остановимся в гл. VI. [c.87] Имеются сведения [84 (стр. 139), 148] (подтвержденные виско-зиметрическими исследованиями) о том, что структурообразование в гидрозолях алюминия и железа может рассматриваться как образование на первом этапе сплошной пространственной сетки и ее разрыв под влиянием гидродинамических воздействий и процессов старения на втором этапе. В результате разрыва образуются микрохлопья, укрупняющиеся в ходе дальнейшего объединения. [c.87] На скорость структурообразования большое влияние оказывают размер и форма исходных частиц. Плавное перемешивание и повышение температуры способствуют ускорению образования структур, так как увеличивают вероятность преодоления остаточного энергетического барьера между частицами. [c.87] Частицы взаимодействуют участками, на которых произошло наиболее полное устранение причин их агрегативной устойчивости [147, 149 (стр. 316)]. Поэтому свойства структур в первую очередь определяются степенью астабилизации частиц. При неполной астабилизации структуры образуются рыхлые, а их внутренние полости заполнены дисперсионной средой [150, стр. 226]. Образованию рыхлой структуры способствуют высокая дисперсность и анизодиаметрия частиц [145, 147, 151]. Гели А1(0Н)д, Ге(ОН)а, суспензии глин с удлиненными частицами-чешуйками образуют рыхлые коагуляционные структуры. [c.87] При понижении устойчивости частиц, когда лиофобные участки занимают существенную часть их поверхности, формируются относительно компактные структуры. Поэтому в экспериментах (рис. 111.7) можно наблюдать, что с увеличением концентрации электролита размер хлопьев коагулята сначала, как правило, возрастает, а затем уменьшается. Нужно, однако, иметь в виду, что во многих исследованных случаях увеличение плотности коагуляционных структур может быть удовлетворительно объяснено с точки зрения образования новых соединений со своими индивидуальными структурными свойствами. [c.88] Среди других факторов, влияющих на величину агрегатов частиц, важное значение имеет степень пересыщения раствора по отношению к осаждаемому веществу — чрезмерно большие дозы коагулянта вызывают уменьшение размеров хлопьев. [c.88] Ориентация и плотность упаковки частиц в коагуляционных структурах могут быть неодинаковыми в разных участках. Установлено, в частности, что в золях Ге(ОН)з имеется по крайней мере две группы частиц, отличающихся по механическим свойствам И52]. Это явление связано, вероятно, со способностью анизодиаметрических частиц Ре(ОН)з к построению тактоидоь — агрегатов с ясно выраженной периодичностью располон ения первичных частиц [153]. [c.88] В зависимости от плотности упаковки частиц меняется седи-ментационный объем скоагулированной твердой фазы. Частицы устойчивые свободно скользят в осадке одна по поверхности другой и потому занимают в конце концов такое взаимное положение, которое соответствует минимуму потенциальной энергии. [c.88] Осадки образуются плотные. Неполностью астабилизированные взвеси сохраняют в коагуляционной структуре то случайное взаимное положение, в котором они соприкоснулись, и их седимента-ционный объем велик. Например, объемная концентрация твердой фазы в осадке агрегативно устойчивой суспензии кварца достигает 54%, а в осадке неустойчивой суспензии — лишь 7% [154, стр. 495]. [c.89] Как видно из графика на рис. III.8, на примере каолинитовой суспензии кривые зависимости объема коагуляционных структур от концентрации коагулирующего электролита обнаруживают максимум. Повышение валентности и степени гидратации коагулирующих ионов приводит к увеличению объема осадка [154 (стр. 496), 155]. [c.89] Гели менее чувствительны к свойствам электролитов, чем золи и суспензии, поскольку, помимо сил молекулярного притяжения и остаточных сил электростатического отталкивания, на структурные свойства гелей влияют другие факторы. В условиях небольших концентраций катионов металла, имеющих место нри добавлении коагулянтов к обрабатываемой воде, на структуру продуктов гидролиза сильное влияние оказывает ориентация частиц в агрегатах. Причем, так как с увеличением числа гидроксильных грунн, связанных с катионом металла, скорость ориентации понижается, гидроокиси двухвалентных металлов имеют обычно кристаллическую структуру, а гидроокиси трехвалентных — аморфную [84 (стр. 105), 119 (стр. 10)]. На аморфный характер свежеосажденных гидроокисей алюминия и железа указывают результаты многих исследований [156—164]. Со временем, хотя гидратные оболочки и препятствуют упорядочению структуры, происходит постепенная кристаллизация гидроокисей [145, 163, 164]. [c.89] По данным Смита и др. [167], существуют три формы малорастворимых продуктов гидролиза алюминия 1) мономерные соединения АР+ с ОН -группами 2) полиядерные образования, включающие от 20 до 400 атомов алюминия и 3) микрокристаллические частицы. Все три формы одновременно присутствуют в геле, причем со временем вторая форма переходит в третью. Спустя несколько недель третья форма приобретает структуру гиббсита. [c.90] На скорость кристаллизации А1(0Н)з и Ре(ОН)з сильно влияет значение pH среды. По Кандыкину [162], переход аморфной гидроокиси алюминия в кристаллическую начинается при pH ] 7,09, причем кристаллическая форма бемита обнаруживается при pH 8,5 через 2—3 суток, а при pH 9,3 — уже через 3—4 часа после образования А1(0Н)з. [c.90] С точки зрения влияния структурных особенностей А1(0Н)з и Ре(ОН)з на степень очистки воды коагулянтами нас будут в первую очередь интересовать такие свойства коагуляционных структур, как площадь их поверхности, гидратация, степень подверженности старению и пептизации, тиксотропная обратимость, прочность, адсорбционная способность. Обсудим эти свойства в перечисленном порядке. [c.90] В основном размер 2—2,5 мкм, но наряду с ними содержатся частицы размером 4—6 и 10—30 мкм. С понижением температуры от 20 до 5° С количество мелких частиц уменьшается, а крупных возрастает. При pH ОКОЛО 8 доля мелких частиц больше, чем при pH 4,2—6,2. По Кандыкину [162],при pH 8,5—9,3 в гидроокиси алюминия преобладают частицы величиной 0,01—0,05 мкм. В гелях Ре(ОН)з первичные частицы имеют размер 10—30 мкм [160, 161]. [c.91] Вернуться к основной статье