Формирование микрогеля и вязкость
Различие между образованием микрогеля и образованием осадка заключается в том, что концентрация частиц кремнезема в пространственной сетке микрогеля будет той же самой, что и в окружающем золе, но в флоку - лированных осадках или выпавших в осадок агрегатах концентрация частиц кремнезема намного выше, чем в окружающей жидкости. Показатель преломления в микрогеле оказывается таким же, как и в окружающем золе, так что микрогель нельзя наблюдать. Плотность микрогеля равна плотности золя, поэтому микрогель не отделяется центрифугированием. С другой стороны, в случае осадка и показатель преломления, и плотность превышают соответствующие значения окружающей жидкости, и, следовательно, осадок является видимым и отделяется центрифугированием. Эти различия представлены на рис. 3.25.
|
Грль |
Осадок |
Рис. 3.25. Изображение на плоскости различий в структурах геля н осадка. |
Как показано на рис. 3.26, начальный этап образования микрогеля представляет собой агрегацию отдельных частиц в короткие цепочки. По мере увеличения длины цепочки частицы начинают присоединяться не только к ее концам, но и сбоку. Так создается область, охватываемая разветвленными цепочками. Свободные частицы внутри этой области присоединяются к кремнеземной сетке, так что последняя вскоре захватывает все частицы, образуя «область микрогеля», называемую «фазой геля». Каждая отдельная область фазы геля увеличивается в размере за счет добавления частиц золя, распространяясь в область окружающей жидкости, вплоть до тех пор, пока фаза
геля не охватит почти весь объем. На этой стадии отдельные области сращиваются в непрерывную сетку связанного геля.
Фаза геля невидима, и золь остается прозрачным. В пределах областей микрогеля показатель преломления фактически
Г~и О |
|
Г - ет О ° о о Оо°о°о%§о о°°о ОС " О°о°° °о°°°1 ЭО оО°°°ОС |
|
Рис. 3.26. Схема гелеобразования. |
|
|
Процесс гелеобразования заключается в возрастании объемной доли золя, превращающегося в микрогель (области, очерченные плотными линиями), и повышении вязкости вплоть до полного отвердения системы. Протекающий в объеме процесс изображен иа
Риеунке как двумерный.
Тот же самый, что и в окружающей суспензии, содержащей частицы золя. Концентрация кремнезема остается без изменений; таким образом, нет никакого различия в плотности и, следовательно, фаза геля не отделяется.
Однако по мере развития фазы геля наблюдается увеличение вязкости. Такое повышение вначале невелико, но все-таки заметно. К тому же присутствие даже доли процента фазы геля может быть обнаружено по быстрому закупориванию фильтра, через который свободно проходил исходный золь, не содержащий микрогеля. Далее, когда золь промывается или концентрируется в процессе его циркуляции через ультрафильтр, то, даже если только 1 % коллоидных - частиц превратился в микрогель, этого достаточно для быстрого забивания мембраны.