ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Дисперсные системы из "Флокулянты в биотехнологии" Устойчивость любой дисперсной системы, в том числе и суспензий микроорганизмов, определяется неизменностью во времени равновесного распределения дисперсной фазы в объеме среды. Существует два типа устойчивости седиментационная и агрегативная. Под первой понимают способность частиц противостоять силе тяжести. Вторая характеризует способность системы в течение достаточно длительного времени сохранять степень дисперсности, что проявляется в отсутствии процесса укрупнения частиц (капель) дисперсной фазы за счет их взаимодействия и объединения в агрегаты. Отмеченные два типа устойчивости тесно связаны друг с другом. Нарушение агрегативной устойчивости снижает седиментационную устойчивость дисперсии, что способствует осаждению частиц. Таким образом, предпосылкой освобождения дисперсной среды от всевозможных примесей при помощи коагуляционных методов является поиск путей снижения агрегативной устойчивости суспензий, золей, эмульсий. Теоретический фундамент для исследований в этом направлении составляют представления о факторах агрегативной устойчивости дисперсных систем. [c.5] Поверхностные силы, действующие между дисперсными частицами, а также современные теории устойчивости коллоидов детально проанализированы в монографиях [1—3]. Поэтому эти вопросы будут нами изложены лишь конспективно и в самом общем виде. [c.5] Согласно современным представлениям устойчивость дисперсных систем определяется балансом сил притяжения и отталкивания, действующих между коллоидными частицами [1-3]. [c.5] Константа Гамакера слагается из отдельных констант, характеризующих когезионное и адгезионное взаимодействие она пропорциональна квадрату плотности взаимодействующих веществ. Значения А колеблются в пределах 10 — 10 Дж их вычисляют квантовостатистическим путем или находят косвенно из данных по коагуляции или данных измерения межфазного натяжения и другими методами [4]. [c.6] Здесь Л, 1 к А, -- постоянные Гамакера для дисперсной фазы и дисперсионной среды соответственно. [c.6] Силы отталкивания между дисперсными частицами могут иметь различную природу она зависит от химии поверхности дисперсной фазы и интенсивности ее взаимодействия с растворителем. Чаще всего силами отталкивания являются электрические силы, возникающие в результате перекрытия диффузных ионных атмосфер двойных электрических слоев (ДЭС) структурные силы, обусловленные взаимодействием поверхностных полимолекулярных слоев, и силы взаимодействия адсорбированных макромолекул или молекул поверхностно-активных веществ. [c.6] Молекулярные силы притяжения и электрические силы отталкивания универсальны они действуют во всех случаях, даже при преобладании других сил взаимодействия. Структурные силы и силы отталкивания адсорбированных макромолекул более специфичны первые действуют только вблизи лиофильных поверхностей, вторые - при наличии достаточно протяженных адсорбционных слоев полимеров. В зависимости от природы сил отталкивания, преобладающих в данной системе, выделяют различные механизмы стабилизации или факторы устойчивости дисперсий — электростатический, молекулярно-сольватационный (структурный) и стерический (энтропийный). [c.7] Для лиофобных коллоидов, характеризующихся значительной энергией связи внутри дисперсной фазы (превьппающей энергию взаимодействия последней со средой) и высокой чувствительностью к действию электролитов, доминирующим является ионно-электростатический механизм стабилизации. Метод расчета электростатических сил, возникающих в результате сближения одинаково заряженных поверхностей и соответствующих разности значений свободной энергии, отвечающих неперекры-той и перекрытой зонам ДЭС, был разработан Дерягиным [1,2] (частично совместно с Ландау) на основе теории двойного электрического слоя Гун-Чепмена и теории растворов сильных электролитов Дебая-Хюккеля. [c.7] Первоначально рассматривались предельные случаи весьма малых или, наоборот, очень высоких значений эффективного потенциала частиц и их неизменность в ходе взаимодействия. [c.7] Позднее вычисления энергии ионно-электростатического взаимодействия для двух сферических частиц и для различных потенциалов поверхностей были проведены рядом авторов (подробнее см. [1—3,5]). [c.7] Таким образом, теория ДЛФО, согласно которой Сд.к обосновывает правило Шульце-Гарди, гласящее коагулирующее действие оказывает противоион, и коагулирующая способность возрастает пропорционально некоторой высокой степени его заряда [1]. [c.8] Рассмотрим вкратце устойчивость лиофильных коллоидов, к которым относится и большинство клеточных суспензий. [c.9] Лиофяльные коллоиды характеризуются интенсивным взаимодействием дисперсных частиц со средой и термодинамической устойчивостью системы. По Ребиндеру и Щукину [7], истинными лиофильньв1и являются коллоидные растворы, в которых величина удельной свободной меж-фазной энергии а на поверхности диспергированных частиц меньше граничного значения а 10 Дж/см , определяемого средней кинетической энергией броуновского движения. Согласно другой, феноменологической, точке зрения, лиофильными золями следует считать коллоидные растворы, которые сохраняют стабильность даже в довольно концентрированных растворах солей. Их коагуляция наступает лишь при очень высоком содержании электролитов в растворе, причем (в отличие от лиофобных золей) коагулирующее действие здесь уже не зависит от знака и величины заряда противоиона, а определяется их положением в лиотропном ряду (Глазман, 1962—1969). [c.9] Примерами гидрофильных золей, теряющих устойчивость лишь в концентрированных растворах электролитов, являются золи оксидов и гидроксидов металлов, серы, суспензий некоторых клеток, а также гидрофобные золи, лиофилизированные добавками неионных ПАВ и полимеров [9] дисперсная фаза этих систем сильно гидратирована за счет образования водородных связей с молекулами воды. [c.9] Следует отметить, что современный уровень теории жидкого состояния еще не позволяет рассчитывать силу отталкивания граничных сольватных слоев, поэтому вклад структурной составляющей в механизм стабилизации дисперсных систем может быть оценен лишь качественно. [c.9] Гетерокоагуляцня. Выше рассматривалось взаимодействие одинаковых по природе и заряду поверхности частиц. Однако в природе и на практике гораздо чаще встречаются дисперсные системы, содержащие разнородные частицы, отличающиеся химической природой, знаком или величиной поверхностного заряда и т. п. Коагуляцию разнородных частиц называют гетерокоагуляцией. Именно она является наиболее общим случаем взаимодействия частиц, встречающимся, например, в таких процессах, как фильтрование, крашение, флотация, образование донных отложений в водоемах, образование осадков в сточных водах различных производств, прилипание биологических клеток и др. Термином взаимная коагуляция обозначают более частный процесс — агрегацию разноименно заряженных частиц. [c.10] Теория гетерокоагуляции, взаимодействия и слипания разнородных частиц в растворах электролитов бьша создана Дерягиным на базе общего подхода теории ДЛФО, т. е. учета баланса сил притяжения и отталкивания между частицами [1,2,10]. Не рассматривая здесь теоретические рассуждения и количественные соотношения, изложим наиболее существенные выводы теории гетерокоагуляции. [c.10] Поверхности,, заряженные до неодинаковых потенциалов одного и того же знака, меняют знак взаимодействия от отталкивания на больших расстояниях до притяжения на малых. Высота силового барьера ( /й) на пути сближения частиц зависит от значения потенциала той поверхности, которая заряжена до более низкого потенциала. В частности, при Ф 2 Ф1 1 значения 1/ ехр ( 1). [c.10] Вернуться к основной статье