ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Закономерности процесса флокуляции из "Флокулянты в биотехнологии" В большинстве случаев зависимость устойчивости дисперсий, выражаемая какой-либо количественной характеристикой (например, коагулирующей концентрацией электролита, скоростью седиментации, оптической плотностью дисперсии, числом частиц в единице объема и т. п.) от количества добавленного высокомолекулярного соединения проходит через ясно выраженный минимум (рис. 3.5). Снижение устойчивости, наступающее в результате агрегации частиц вследствие их связывания через молекулы (ионы) адсорбированного или хемосорбированного реагента,обычно называют флокуляцией ( адсорбционная флокуляция ). Это определение базируется на представлении Ла Мера о том, что длинная макромолекула может одновременно присоединяться к двум или нескольким частицам, связывая их через полимерные мостики [61 ]. [c.51] В последнее время обнаружен и совершенно иной тип флокуляции, протекающей в условиях вытеснения макромолекул из пространства между сближающимися частицами ( вытеснительная флокуляция ). Такая ситуация возникает, когда полимер не адсорбируется на поверхности частиц или на ней все адсорбционные центры уже заняты, т. е. когда взаимодействие макромолекул с растворителем предпочтительнее их взаимодействия с поверхностью [62]. Чаще всего этот тип флокуляции имеет место при добавлении растворов неионных полимеров к полимерным дисперсиям. Поскольку пока нет данных о возможности флокуляции клеточных суспензий по данному механизму, нами он подробно не рассматривается. [c.51] Эффективность флокуляции характеризуется по меньшей мере тремя параметрами (см. рис. 3.5) - глубиной минимума на кривых устойчивость — концентрадая полимера (она свидетельствует о степени осветления дисперсии за данный период), минимальной концентрацией ВМС, вызывающей максимальную флокуляцию, и протяженностью области дестабилизации (чем больше интервал Ср, в котором происходит интенсивная флокуляция, тем легче управлять этим процессом и тем меньше опасность ухудшения агрегации частиц при незначительном отклонении от оптимальной дозы реагента). Иногда флокулирующую способность полимера характеризуют отношением Ф = Утах/01т где I m ах - максимальная скорость осветления суспензии, С ш - минимально необходимая для этого концентрация ВМС [9]. Поэтому хорошими флокулянтами следует считать полимеры, удовлетворяющие таким требованиям максимальная очистка системы от дисперсных частиц, минимальный расход реагента и обеспечение достаточно большой протяженности области дестабилизации. [c.52] Флокулирующее действие ВМС зависит от ряда факторов природы и количества добавленного полимера, его молекулярной массы и заряда, условий введения реагента в систему, содержания дисперсной фазы и электролитов и др. Рассмотрим вкратце влияние указанных факторов на эффективность флокуляции. [c.52] Важным фактором, определяющим возможность флокуляции, является достаточно прочное связывание макромолекулы с частицами, чему способствует образование водородных связей или химических соединений между активными центрами поверхности и функциональными группами реагента [9, 63]. В то же время большое число контактов макромолекулы (иона) с поверхностью, приводящее к значительной деформации полимера при адсорбировании и образованию достаточно тонкого адсорбционного слоя, ухудшает условия для флокуляции. [c.53] Флокулирующая способность неионных полимеров и одноименно заряженных полиэлектролитов, как правило, возрастает с увеличением степени их полимеризации, что приводит к уменьшению оптимальной флокулирующей дозы реагента. Для ВМС, заряженных противоположно частицам, молекулярная масса играет меньшую роль эффективность этих веществ в ббльшей мере зависит от величины заряда макромолекулы (Уоллес, 1968). Установлено [63], что суспензии отрицательно заряженных частиц кремнезема могут быть сфлокулированы лишь высокомолекулярными образцами анионных полиэлектролитов (с М= 10 -10 ), в то же время подобный эффект достигается добавкой катионных полиэлектролитов с молекулярной массой лишь 10 — 10 . В некоторых работах отмечено, что зависимость флокулирующего действия ПЭО и ПАА от молекулярной массы проходит через максимум [9, 63], тогда как оптимальная доза флокулянта (ПЭО, ПВС) для золей золота и иодида серебра, введенного по методу, двойной добавки (см. ниже), практически не зависит от степени полимеризации. Такое неодинаковое изменение флокулирующего действия в зависимости от М определяется как механизмом процесса флокуляции, так и степенью приближения к равновесию конформации адсорбированных макромолекул в момент флокуляции [9, 64]. [c.53] В большом числе работ утверждается, что флокулирующая способность ВМС зависит не только от его концентрации в дисперсии, но и от способа внесения в систему [61, 64]. Обычно лучшее флокулирующее действие достигается при добавлении реагента в две стадии равными порциями. Это объясняется тем, что флокулы, образующиеся после прибавления первой порции реагента, затем укрупняются макромолекулами, внесенными со второй порцией. Образующиеся при этом вторичные флокулы превосходят по размерам первичные и оседают с большей скоростью. [c.53] На примере флокуляции золей золота, иодида серебра, латекса полистирола [9, 64] неионными полимерами — полизтиленоксидами, поливиниловыми спиртами - было показано, что наилучший эффект флокуляции наблюдается при внесении оптимальной дозы ВМС в половину объема дисперсии, а затем при добавлении к ней второй порции исходного коллоидного раствора (метод. двойной добавки ). При отклонении от этого оптимального (1 1) отношения числа покрытых и непокрытых частиц степень флокуляции ухудшается. Эти результаты служат подтверждением мостичного механизма флокуляции. [c.54] Эффективность флокуляции зависит также от продолжительности и интенсивности перемешивания системы после внесения в нее реагента. Эти зависимости обычно проходят через максимум (рис. 3.6). Обусловлено это тем, что кратковременное и не очень интенсивное перемешивание способствует увеличению числа контактов макромолекул с частицами, в результате чего образуются флокулы длительное и интенсивное перемешивание ухудшает степень флокуляции вследствие истирания и разрушения флокул [9, 61]. [c.54] В ряде работ обнаружено пропорциональное изменение содержания твердой фазы и минимального содержания ВМС, вызывающего определенную степень флокуляции дисперсии [Баран и др., 1970 — 1983]. Такие зависимости обычно наблюдаются, когда весь введенный в систему реагент целиком поглощается дисперсной фазой. Это подтверждает мнение, что для наступления флокуляции данной дисперсии требуется одна и та же степень покрытия поверхности полимером [9, 63]. Однако в концентрированных дисперсиях эта закономерность, как правило, не соблюдается. Например, в работе [65] показано, что при увеличении содержания дисперсной фазы (латекс полистирола) на два порядка соответствующие флокулирующие концентрации катионного полиэлектролита возрастают меньше, чем на порядок (рис. 3.7). Это говорит о том, что с ростом содержания твердой фазы в дисперсиях количество макромолекул, приходящееся на определенное число частиц в агрегате, уменьшается. Более детально закономерности флокуляции дисперсий полимерами рассмотрены в монографиях [9, 51, 66]. [c.55] Вернуться к основной статье