Химия кремнезема ч.2 - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Флокуляция
Флокуляция золя кремнезема происходит при добавлении какой-либо полимерной или коллоидной мицеллы или частицы, способной одновременно адсорбироваться на поверхностях двух раз-
526
Глава 4
личных частиц кремнезема, связывая их таким образом вместе. Эта адсорбция имеет место в присутствии катионного агента либо способного притягиваться к отрицательно заряженной поверхности кремнезема, либо содержащего электронно-донорную группу (например, атом кислорода в полиэфире), что позволяет удерживать его на поверхности кремнезема за счет образования водородной связи. Последнее из отмеченных явлений не наблюдается при высоких значениях рН, когда поверхность кремнезема сильно заряжена, но имеет место при низких рН, когда поверхность Покрыта нейтральными силанольными группами. Таким образом, органическими флокулирующими агентами могут быть: а) катионные поверхностно-активные вещества, которые образуют мицеллы; б) катионные органические полимеры и в) неионные водорастворимые соединения или полимеры, содержащие электронно-донорные группы (например, эфирные, гидроксиль-ные или амидогруппы). Эти данные суммированы в таблице 4.2,
Таблица 4.2
Разновидности флокулирующих агентов
Тип агента
Пример
Механизм действия рН
Низкомолекулярная масса
Катионное ПАВ
Неионное ПАВ
Основная соль металла
Катионный полимер
Неионный полимер
Катионное неорганическое коллоидное вещество
Бромид октадецилтри-метиламмония
Неионные моющие вещества
Основной хлорид алюминия
Ионное притяже- 4—10,5 ние, образование мицеллы
Водородная связь, <3 образование ми- (плюс соль) целлы
Ионное притяже- <7 ние
Высокомолекулярная масса
Четвертичные аммониевые замещенные по-лиакрилаты
Полиэтиленоксид
Коллоидный оксид алюминия
Ионное притяжение
Водородная связь
Ионное притяжение
3-9
<5 3-7
а механизмы флокуляции схематически изображены на рис. 4.18—4.20.
Механизм, благодаря которому частицы кремнезема удерживаются вместе, зависит от типа флокулирующего агента.
1. Когда подобный агент адсорбируется на поверхности частицы, и ориентируется таким образом, что образуются гидрофоб-
Рис. 4.18. Схема флокуляции частиц кремнезема.
Образование Костиковых связей между двумя частицами посРеДс™™"°™™^но заряженных поверхностно-активных мицелл, например ионов не™лтриметиламмония (/ , трехмерных полимерных молекул, например крахмала (2); линейных полимеров, например молекул полиэтиленимина (Л).
Рис. 4.19. Схема флокуляции кремнеземных частиц под действием других коллоидных частиц с противоположным ионным зарядом.
528
Глава 4
ныев участки, то частицы вступают в контакт с формированием мицеллы именно благодаря этим участкам, расположенным на разных частицах. Частицы кремнезема удерживаются вместе благодаря наличию мощных сил поверхностного натяжения, сосредоточенных в зоне контакта частиц около искривлений поверхности с отрицательными радиусами кривизны. Это так называемая гидрофобная связь. Представляется возможным также
Рис. 4.20. Схема флокуляции и коацервации кремнеземных частиц, вызванных образованием водородных связей с эфирами, спиртами и амидами при низких
значениях рН.
рассматривать такой тип флокуляции, как адсорбцию двух кремнеземных частиц на противоположных сторонах одной мицеллы поверхностно-активного вещества в растворе. Однако флокуля-ция может иметь место и тогда, когда концентрация катионного ПАВ оказывается ниже критической концентрации, необходимой для образования мицелл в отсутствие кремнеземных частиц. Тем самым выдвигается предположение, что мицелла стабилизируется именно вследствие существования флокулирующего агента вблизи точки контакта между твердыми частицами.
2. Второй, более широко признаваемый механизм заключается в том, что полимерная частица органического вещества или коллоидная неорганическая частица, отличная от кремнезема, присоединяясь к двум различным кремнеземным частицам, способна действовать как мостиковая связь.
Для какого-либо конкретного золя при заданных условиях постепенное добавление в систему флокулирующего агента ведет вначале к флокуляции только лишь некоторой доли имеющихся частиц. Дальнейшее добавление агента будет приводить к возрастанию количества флокулированного осадка до тех пор, пока
Коллоидный кремнезем — концентрированные золи
529
в растворе полностью не исчезнут одиночные коллоидные частицы. Полная флокуляция имеет место только тогда, когда в системе присутствует достаточное количество адсорбированного на частицах флокулянта, способного создавать мостики между частицами в среднем в трех точках контакта в расчете на одну частицу, так что формируется трехмерная сетка. После этого флокулянт, находящийся в системе в избытке, адсорбируется на осадке. Адсорбция продолжается до тех пор, пока вся поверхность осадка не будет покрыта. В зависимости от природы флокулирующего агента дальнейшее его добавление может вызвать повторное диспергирование кремнеземных частиц, причем каждая из них будет теперь окружена адсорбированным слоем «флокулянта», а частицы будут иметь положительный заряд на поверхности.
