ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Коллоидные системы

Коллоидные системы представляют частный случай дисперсий, в ко­торых поверхностные свойства вещества, отличающиеся от свойств в объ­еме, играют значительную роль. Сильное развитие поверхности (количест­венное изменение) приводит в данном случае к появлению новых качеств, новых свойств, присущих только коллоидам. Эти свойства позволяют рас­сматривать коллоидные системы как особое состояние вещества (качест­венное изменение), характеризуемое, в частности, сильным развитием ад­сорбционных процессов.

Дисперсные системы - это такие системы, в которых одно вещество распределено в среде другого в виде очень мелких частиц. Они состоят из двух или большего числа фаз, т. е. являются гетерогенными. Распределяе­мое вещество называют дисперсной фазой, а вещество, в котором распре­деляется дисперсная фаза, - дисперсионной средой. Частицы дисперсной фазы составляют самостоятельную фазу, обладающую некоторой поверх­ностью, отделяющей ее от дисперсионной среды. Разделение коллоидной системы на дисперсную фазу и дисперсионную среду достаточно условно. Обычно придерживаются правила, что дисперсионной среды должно быть больше, чем дисперсной фазы.

7 5

Размер частиц коллоидной фазы лежит в пределах 10 .„10 см. Верхний их предел ограничен тем, что за ним идут уже обычные молеку­лярные растворы, размеры отдельных молекул которых имеют порядок 10­8 5

См. Нижний предел обусловлен тем, что при больших чем 10 см разме­рах коллоидные системы теряют одно из основных своих качеств - способ­ность к тепловому (броуновскому) движению частиц дисперсной фазы в газообразной и жидкой дисперсионных средах. В связи со столь малыми размерами дисперсной фазы коллоидные системы часто называют ультра - микрогетерогенными системами, а также коллоидными растворами.

Близки к коллоидным по свойствам и более грубые системы (размеры частиц 10-4...10-3 см), называемые микрогетерогенными.

В указанном диапазоне размеров коллоидные частицы полидисперсны, т. е. существенно различаются. Монодисперсные, можно получить только искусственно, пользуясь специальными приемами.

В целом по размерам частиц коллоидные и микрогетерогенные систе­мы занимают промежуточное положение между молекулярно - дисперсными системами (растворами) и системами с более крупными (грубодисперсными) частицами.

Коллоидные системы весьма многообразны, отличаются по составу дисперсной фазы и дисперсионной среды, размерам, свойствам, что за­трудняет их единую классификацию. Наиболее признанной является клас­сификация коллоидных систем в зависимости от агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды, разработанная В. О. Оствальдом. Она исходит из того, что каждая из фаз коллоидной системы может суще­ствовать в любом из трех агрегатных состояний (твердом, жидком или га­зообразном), т. е. теоретически возможны девять комбинаций дисперсной фазы и дисперсионной среды. Практически реализуются только восемь из них, так как газы в обычных условиях растворимы друг в друге неограни­ченно и образуют гомогенную систему. В науке и технике каждая из воз­можных комбинаций дисперсной фазы и дисперсионной среды получила свое название (табл. 1.1).

Таблица1.1

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию Дисперсной фазы и дисперсионной среды______________________________________

Дисперсная фаза

Дисперсионная среда

Система

Название системы

Жидкость

Газ

Ж-Г

Туманы

Твердое тело

То же

Т - Г

Дым, пыли

Газ

Жидкость

Г-Ж

Пены, газовые эмульсии

Жидкость

То же

Ж-Ж

Эмульсии

Твердое тело

То же

Т-Ж

Коллоидные рас­творы, суспензии

Газ

Твердое тело

Г-Т

Твердые пены, пористые тела

Жидкость

То же

Ж-Т

Твердые эмуль­сии

Твердое тело

То же

Т - Т

Твердые золи, сплавы

В коллоидной химии все системы, отвечающие коллоидной степени дисперсности, называют золями. Золи с газовой дисперсионной средой из­вестны как аэрозоли (системы Ж-Г и Т-Г), а с жидкой - как лиозоли или гидрозоли, если дисперсионная среда представлена водой. Дисперсность аэрозолей большей частью ниже коллоидной, поэтому их правильнее было бы именовать аэродисперсными системами. По крупности аэрозоли с твер-

7 3

Дой дисперсной фазой разделяют на дымы с частицами 10.10 см и на пыли, размер частиц которых обычно больше 10-3 см. Туманы, т. е. аэрозо­ли с жидкой дисперсной фазой, как правило, содержат довольно крупные

5 3

Капельки размером см. Аэрозоли могут иметь самую разнооб­

Разную форму: игольчатую, пластинчатую, звездообразную и, конечно, ка­пельную. Их плотность из-за рыхлости значительно меньше плотности крупных частиц веществ, из которых они состоят. В частности, плотность

Дымовых частиц даже тяжелых металлов (золота, серебра, ртути) равна

3

0,07.0,64 г/см против плотности крупных частиц, составляющей в этом случае 10,5.19,5 г/см. К аэрозолям по своим свойствам примыкают по­рошки, которые можно рассматривать как аэрозоли со скоагулировавшей твердой дисперсной фазой, образовавшей осадок (аэрогель). К порошкам, например, относятся широко применяемые в технике и пищевой промыш­ленности сажа (0,03.0,6 мкм), титановые белила (0,2.0,7 мкм), пигмент оксида железа (0,3.1,5 мкм), крахмал (6.150 мкм), мука пшеничная высшего сорта (50.200 мкм). Большая часть порошков имеет частицы с размерами, превышающими коллоидные. Твердые эмульсии встречаются редко. Примером их служит так называемый черный фосфор, получаемый диспергированием металлической ртути в расплавленном фосфоре. Важ­ным свойством коллоидных систем являются характер и интенсивность взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой. Многие основ­ные свойства коллоидных систем в немалой степени определяются этим обстоятельством. Особенно сильно взаимодействие может быть выражено в системах с жидкой дисперсионной средой.

Коллоидные системы вследствие их большой удельной поверхности термодинамически неравновесны и в принципе агрегативно неустойчивы. Именно поэтому проблема их устойчивости является центральной в кол­лоидной химии. Тем не менее, хотя часть коллоидных систем с трудом можно получить и существуют они лишь секунды, некоторые из них (золи йодистого серебра и сернистого мышьяка) могут сохраняться годами. Су­ществуют два рода процессов, приводящих к разрушению коллоидных систем и. способных протекать самопроизвольно: седиментация и коагу­ляция.

Седиментация заключается в том, что частицы дисперсной фазы, от­личаясь по плотности от дисперсионной среды, выделяются из нее за счет оседания или всплывания в ней.

Коагуляция (свертывание) состоит в укрупнении (агрегации) частиц дисперсной фазы в результате их слипания или слияния. С процессами се­диментации и коагуляции тесно связаны понятия кинетической и агрега - тивной устойчивости коллоидных систем.

Кинетическая устойчивость обусловлена тем, что в коллоидной сис­теме седиментации противостоит тепловое (броуновское) движение частиц дисперсной фазы. Благодаря этому частицы сохраняются во взвешенном состоянии даже при значительном различии плотностей дисперсионной среды и дисперсной фазы.

Агрегативная устойчивость заключается в способности коллоидной системы сохранять свою дисперсность. Агрегативная устойчивость (в от­ношении коагуляции) обусловлена наличием у частиц дисперсной фазы электрических зарядов одного знака и сольватной (гидратной) оболочки. Причина приобретения частицами заряда состоит в преимущественной ад­сорбции частицами дисперсной фазы ионов дисперсионной среды. Оче­видно, что наличие одноименных зарядов на частицах дисперсной фазы препятствует их слипанию. Агрегативную устойчивость коллоидных сис­тем может повысить также структурно-механический фактор стабилиза­ции.

Скорость коагуляции зависит от ряда физических факторов: старения системы, концентрации дисперсной фазы, температуры, механического воздействия, света и т. д. Однако наиболее важное теоретическое и практи­ческое значение имеет фактор коагу

Основными силами, удерживающими частицы в коагуляционной структуре, являются силы Ван-дер-Ваальса.

Флокуляцию можно рассматривать как связнодисперсное состояние неполностью астабилизированных растворов высокомолекулярных ве­ществ. В этом случае мельчайшие капельки эмульсий типа «масло в воде» не обладают достаточной агрегативной устойчивостью и в то же время не­способны к коалесценции (слиянию). Но они могут соединяться друг с дру­гом, образуя флокулы (рыхлые осадки).

Коллоидные системы чрезвычайно разнообразны. Они весьма рас­пространены в природе и широко используются во многих производствах. Ряд видов промышленной продукции относится к коллоидным или не­сколько более грубодисперсным системам.

Коллоидные частицы, отличаясь максимально развитой поверхностью и вместе с тем максимальным энергетическим пересыщением, являются наиболее активными катализаторами (коллоидные платина, палладий, иридий, осмий, порошки железа). Коллоидные катализаторы по активности во много раз превышают гетерогенные катализаторы и активны уже при комнатной температуре.

Вспомогательные операции ряда производств, в том числе связанных с защитой окружающей среды от промышленных выбросов, также во мно­гих случаях основаны на коллоидных процессах. Сюда относится выделе­ние воды из нефти на нефтеперерабатывающих заводах, разрушение эмульсий, образующихся в химических производствах при промывке того или иного жидкого продукта водой. Типичными примерами коллоидных процессов служат водо - и газоочистка. Водоочистка сводится к коагуляции взвешенных в воде мельчайших частиц электролитами или к извлечению из воды адсорбцией ненужных примесей. Газоочистка в электрофильтрах основана на дестабилизации и оседании мельчайших заряженных жидких или твердых частиц на электроде с противоположным зарядом.

ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Источники загрязнения атмосферы

Загрязнением окружающей среды можно назвать изменение качества среды, способное вызвать отрицательные последствия. Считается, что одинаковые агенты оказывают одинаковые отрицательные воздействия не­зависимо от их происхождения, поэтому пыль, источником которой явля­ется природное …

Абсорбция газовых примесей

Некоторые жидкости и твердые вещества при контакте с многокомпо­нентной газовой средой способны избирательно извлекать из нее отдельные ингредиенты и поглощать (сорбировать) их. Абсорбцией называется перенос компонентов газовой смеси в объем …

Пенная сепарация поверхностно-активных веществ

Пенное фракционирование основано на селективной адсорбции од­ного или нескольких растворенных веществ на поверхности газовых пу­зырьков, которые поднимаются вверх через раствор. Образовавшаяся пена обогащается адсорбированным веществом, что и обеспечивает парциаль­ную сепарацию …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.